石油化工行業(yè)高危險介質(zhì)輸送泵機械密封改造

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠烯烴一聯(lián)合車間，新疆 獨山子 833600）

石油化工行業(yè)高危險介質(zhì)輸送泵機械密封改造

秦濤，姬小鵬，崔超，嚴慧玲

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠烯烴一聯(lián)合車間，新疆 獨山子 833600）

本文主要介紹獨山子石化公司乙烯廠烯烴一聯(lián)合車間高危險介質(zhì)輸送泵溶劑回收塔底外送泵（20-P-1006）機械密封改造的經(jīng)驗，通過此次機械密封的改造，延長了機械密封的使用壽命，實現(xiàn)了備件國產(chǎn)化，降低了設(shè)備維護費用。

離心泵；高危險介質(zhì)；國產(chǎn)化；機械密封；沖洗方案

中國石油新疆獨山子石化公司乙烯廠芳烴裝置溶劑回收塔底外送泵（20-P-1006）為嘉利特荏原泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的單級雙支撐離心泵。該泵輸送介質(zhì)為高危險介質(zhì)貧溶劑環(huán)丁砜，介質(zhì)溫度175～180℃、高毒。介質(zhì)如果外漏，對操作人員健康及作業(yè)環(huán)境危害極大，因此對機械密封可靠性要求較高。

1 原機械密封結(jié)構(gòu)

該泵原配套機械密封為福斯公司生產(chǎn)的無壓串聯(lián)接觸式機械密封，沖洗方案采用API 682 Plan21+52，密封介質(zhì)為工業(yè)白油，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示。該泵在使用過程中由于機械密封沖洗液（所輸送介質(zhì)）冷卻器換熱盤管經(jīng)常堵塞，造成沖洗液無法達到預(yù)設(shè)的冷卻溫度，高溫的機械密封沖洗液在機械密封內(nèi)氣化，使動靜環(huán)干磨，機械密封使用壽命無法達到2萬小時。另外，該泵機械密封需要進口，價格十分昂貴，單套備件價格在20萬元左右（散裝），并且采購周期較長，給工藝安全生產(chǎn)帶來重大隱患，所以為了保證裝置連續(xù)平穩(wěn)生產(chǎn)，我們決定對該泵機械密封進行國產(chǎn)化改造。

圖1 原機械密封結(jié)構(gòu)圖

2 原進口機械密封失效原因分析

根據(jù)該泵解體檢修情況來看，機械密封失效的原因主要有兩點，動密封失效和靜密封失效，由于該機械密封靜密點都選用的是O型圈密封，雖然在該泵上也發(fā)生過兩次O型圈選用不當導(dǎo)致密封失效，但是靜密封泄漏的可能性相對較小，密封原理也簡單，只要O型圈材質(zhì)選用得當，尺寸合適，安裝精準，一般情況下也不會導(dǎo)致密封失效，本文就不再細述，只是強調(diào)一點，在選用O型圈時一定要考慮在不同工況及溫度下密封槽和O型圈的膨脹量以及輸送介質(zhì)對O型圈的腐蝕性。

該泵動靜環(huán)密封面磨損是該泵機械密封失效的主要形式，損壞原因主要有以下兩個方面原因。

（1）第一道主密封端面沖洗介質(zhì)為該泵輸送的環(huán)丁砜溶劑，該物料飽和蒸汽壓較低，并且物料溫度較高，高溫下很容易汽化，采用API 682 Plan21+52方案冷卻，沖洗冷卻器負荷就非常大，循環(huán)水側(cè)換熱器盤管很容易結(jié)垢，而結(jié)垢后換熱效果變差，導(dǎo)致沖洗介質(zhì)不能充分冷卻，十分容易汽化。另外，主密封為接觸式機械密封，密封運行過程中動靜環(huán)端面直接接觸，易產(chǎn)生大量的摩擦熱而使端面溫度顯著升高，促使端面間液膜汽化而發(fā)生相變，由液相變成汽相，而此時正好沖洗冷卻介質(zhì)沒有充分冷卻，再加上沖洗介質(zhì)飽和蒸汽壓較低，端面間液膜汽化無法避免，密封端面間不能形成一個完整的液膜，動靜環(huán)端面直接干磨，損壞加速。

（2）第二道副密封沖洗油無法建立可靠的循環(huán)。該泵機械密封沖洗方案采用API 682 Plan21+52，副密封沖洗介質(zhì)無強制循環(huán)，僅靠熱虹吸作用起提供動力使密封沖洗油（工業(yè)白油）循環(huán)起來，熱虹吸效果與液體溫度差、黏度關(guān)系甚大，液體溫度差越小，循環(huán)動力越弱。新更換的機械密封，在使用初期，由于動環(huán)和靜環(huán)的密封面處于磨合期，端面磨擦產(chǎn)生的熱量較多，熱虹吸推動力較強，可以形成穩(wěn)定的循環(huán)，機械密封尚運行穩(wěn)定。機械密封磨合使用一段時間后，端面摩擦減小，產(chǎn)生的熱量也隨之降低，密封介質(zhì)的溫度差明顯降低，熱虹吸效果減弱，密封沖洗介質(zhì)循環(huán)量變小。密封沖洗介質(zhì)循環(huán)量減少到一定程度，可能會出現(xiàn)斷流，而副密封動靜環(huán)密封面也屬于接觸式密封，斷流后動靜環(huán)密封端面缺少了密封沖洗油，瞬間摩擦加劇，此時用聽診器聽機械密封處可聽到明顯的間斷性摩擦尖叫聲，機械密封損壞非?？?。

介于以上原因，我們決定對該泵的機械密封及沖洗方案進行改造。

3 機械密封國產(chǎn)化改造

進口機械密封價格十分昂貴，所以在此次改造中為了降低設(shè)備維護費用我們決定使用國產(chǎn)機械密封，經(jīng)過對國內(nèi)多家密封件制造廠家的技術(shù)咨詢、對比，避免以上問題再次影響機械密封使用壽命，最終我們選定了東營海森密封的改造建議。

東營海森公司提供的改造方案為汽液膜串聯(lián)機械密封，如圖2，內(nèi)側(cè)主密封采用液膜密封，外側(cè)二級密封采用氣膜密封，沖洗方案采用Plan72+75，如圖3，采用此方案有以下特點。

圖2 改造后的汽液膜串聯(lián)機械密封

圖3 改造后的密封沖洗系統(tǒng)

（1）介質(zhì)側(cè)第一道密封采用液膜密封，密封端面由原來的平端面改為弧形槽式結(jié)構(gòu)，改進后的密封結(jié)構(gòu)可以形成穩(wěn)定的液膜，高壓側(cè)的密封介質(zhì)依靠泵出口高壓送至密封端面，由于端面間的弧形槽式結(jié)構(gòu)，密封端面流體模壓增加，密封處的液膜處于穩(wěn)定工作狀態(tài)，避免了不穩(wěn)定的汽膜形成。另外，該結(jié)構(gòu)可以使流體動壓效應(yīng)增強，動靜環(huán)之間的開啟力增大，可以實現(xiàn)非接觸式密封，密封穩(wěn)定性及壽命明顯提高。

（2）第二道副密封采用外徑開槽的螺旋槽氣膜密封，通過螺旋槽可以把少量緩沖氣體帶入密封端面之間，實現(xiàn)非接觸式密封，雖然有少量的密封氮氣排向火炬，但是密封氮氣的泄漏是微量的，也是必需的，因為密封端面的微正壓可以防止火炬氣倒串，阻止外粒界顆物進入，保護密封端面的潔凈。

（3）第一道和第二道密封之間采用迷宮密封，可以減少介質(zhì)的逸出，密封泄露的微量介質(zhì)也隨密封氣一起排向了火炬，保證介質(zhì)不向環(huán)境泄露。另外也采用了雙密封結(jié)構(gòu)，主密封一旦失效，外側(cè)第二道氣膜密封可以作為備用密封，防止介質(zhì)泄漏至大氣。

(4)密封氣由系統(tǒng)管網(wǎng)的潔凈氮氣經(jīng)過過濾器進一步過濾，再經(jīng)過壓力調(diào)節(jié)閥減壓穩(wěn)壓之后，為副密封提供密封氣體，可以保證副密封端面穩(wěn)定的氣膜。另外，該密封氣體也為主密封提供一定背壓，密封氮氣和主密封泄漏的介質(zhì)一起排入火炬線，當主密封泄漏量增大，排放量超過設(shè)定之后會立即報警，這樣以便技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)，并進行處理。

4 機械密封國產(chǎn)化改造后的優(yōu)點

（1）機械密封使用壽命變長，由原來的1年提升至2～3年，并且機械密封價格明顯減低，由單套16萬元左右降低至8萬元左右，備件采購周期也由6～8個月減少至3～4個月。

（2）副密封密封介質(zhì)由密封油變成氮氣，運行維護費用也有所降低，并且減少了加密封油帶來的勞動量。

（3）密封泄漏后，可以通過報警系統(tǒng)及時傳輸至控制室，以便技術(shù)人員及時發(fā)現(xiàn)和處理問題。

（4）避免了機械密封泄露后有毒介質(zhì)排向大氣環(huán)境，而是通過密封氣帶至火炬系統(tǒng)燃燒，減少了對環(huán)境的污染。

5 結(jié)語

獨山子石化公司烯烴一聯(lián)合車間芳烴裝置溶劑回收塔底外送泵（20-P-1006）密封國產(chǎn)化改造基本達到了預(yù)期的效果，改造后的機械密封使用壽命達到了2～3年，較改造之前提高一倍。沖洗系統(tǒng)改造后再未出現(xiàn)過故障，國產(chǎn)化改造后每次檢修費用也明顯減低，進口密封成套在16萬元左右，改造后的密封成套8萬元左右。

[1]東營海森密封提供的《獨山子芳烴裝置20-P-1006溶劑回收塔底泵機械密封改造說明》，2014年.

[2]嘉利特荏原泵業(yè)有限公司提供的《溶劑回收塔底泵20-P-1006操作維護說明》，2009年.

TH38；TH136

：A

：1671-0711（2017）08（上）-0081-02