淺析球罐區(qū)雙端面機(jī)械密封失效的原因及解決方法

張曦 辛芳（蘭州石化公司乙烯廠，甘肅 蘭州730060）

1 概況

1.1 球罐區(qū)離心泵簡(jiǎn)介及使用機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

球罐區(qū)專門負(fù)責(zé)向高壓、聚丙、全密等主要生產(chǎn)裝置輸送物料，P301乙烯泵擔(dān)負(fù)向高壓及全密輸送乙烯，P302丙烯泵擔(dān)負(fù)向聚丙輸送丙烯，在日常的運(yùn)行過程中，為確保生產(chǎn)的安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)，該泵運(yùn)行周期較長(zhǎng)，對(duì)廠主生產(chǎn)裝置的穩(wěn)定生產(chǎn)起著巨大作用。乙烯、丙烯均為輕烴類介質(zhì)，具有易燃、易爆的特性。根據(jù)公司制度管理中設(shè)備管理、密封及密封系統(tǒng)管理的規(guī)定，該泵屬于高危介質(zhì)泵，密封必須使用雙端面機(jī)械密封。以下是使用雙端面機(jī)械密封的化工工藝流程泵分別是乙烯泵（P-301A/B/C），丙烯（P-302A/B/C/D）及裂解汽油泵（P-104A/B）。

因乙烯泵P-301A/B/C與丙烯泵P-302A/B所使用的機(jī)封尺寸、型號(hào)均相同，所以只對(duì)機(jī)械密封型號(hào)為0500/RRTP//SB3844進(jìn)行分析、處理。

1.2 雙端面機(jī)械密封的工作原理

機(jī)械密封是由兩塊密封元件（靜環(huán)和動(dòng)環(huán)）垂直于軸的光滑而平直的表面相互貼合，并做相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)而構(gòu)成的密封裝置。它是靠彈性構(gòu)件（如彈簧）和密封介質(zhì)的壓力在旋轉(zhuǎn)的動(dòng)環(huán)和靜環(huán)的接觸面（端面）上產(chǎn)生適當(dāng)?shù)膲壕o力，使這兩個(gè)端面緊密貼合。端面間維持一層極薄的液體膜而達(dá)到密封的目的，這層液體膜具有流體動(dòng)壓力與靜壓力。起著潤(rùn)滑與密封的作用。是把轉(zhuǎn)軸的密封面從軸向改變?yōu)閺较?，通過動(dòng)環(huán)和靜環(huán)兩個(gè)端面的相互貼合，并作相對(duì)運(yùn)動(dòng)達(dá)到密封的裝置，又稱端面密封。

雙端面機(jī)械密封有兩道端面密封，若一級(jí)密封失效，二級(jí)密封仍然可密封，防止泄露。一般雙端面密封都需要外供密封液系統(tǒng)，向密封腔內(nèi)引入封液進(jìn)行堵封、潤(rùn)滑和冷卻，且多為循環(huán)冷卻使用。密封液不僅可以沖洗摩擦副改善機(jī)械密封工作環(huán)境，還可以作為一級(jí)密封面是否失效的重要檢測(cè)手段。

Plan13系統(tǒng)，介質(zhì)的沖洗方向是介質(zhì)從密封腔通過密封FO口管路回到泵的入口，壓力大小的關(guān)系就是密封腔壓力大于泵入口壓力，所以才會(huì)產(chǎn)生這樣的沖洗效果；由于泵內(nèi)介質(zhì)是丙烯，屬于輕烴類介質(zhì)，比較容易氣化，由于現(xiàn)場(chǎng)采用的是立式輸送泵，密封腔所處的位置是在泵腔的最高處，而泵的出入口都在這個(gè)位置的下方，如果泵內(nèi)有氣體，可能會(huì)堆積在密封腔處，如果大量的氣體在這個(gè)位置堆積，由于氣體的隔離作用就會(huì)導(dǎo)致密封干磨，從而導(dǎo)致密封失效，從而影響密封的使用壽命；采用Plan13 方案之后，通過Plan13 方案將該位置的氣體帶走，并且?guī)ё呙芊猱a(chǎn)生的熱量，給內(nèi)密封提供一個(gè)比較好的運(yùn)行環(huán)境，從而提高密封使用壽命。

Plan52 系統(tǒng)，這是一個(gè)雙密封不加壓系統(tǒng)，泵內(nèi)介質(zhì)的壓力要比52系統(tǒng)內(nèi)的緩沖液壓力高，內(nèi)密封面的潤(rùn)滑液膜采用的是泵內(nèi)介質(zhì)，可能會(huì)有少量的介質(zhì)進(jìn)入Plan52 緩沖液罐，在罐中氣化，然后通過罐頂部的火炬線進(jìn)行倒空排放，采用這一方案的主要優(yōu)點(diǎn)就是緩沖液不會(huì)進(jìn)入泵內(nèi)，不會(huì)污染介質(zhì)。

1.3 故障統(tǒng)計(jì)

自投用以來(lái)，經(jīng)常發(fā)生機(jī)械密封泄露問題，頻繁檢修，以P-301A/B/C及P-302A/B為例?，F(xiàn)將2017年至今泵的檢修情況作了詳細(xì)的統(tǒng)計(jì)如下表：

表1 2017年至今P-301A/B/C檢修情況統(tǒng)計(jì)表

表2 2017年至今P-302A/B檢修情況統(tǒng)計(jì)表

從表1、表2 中可以看出，導(dǎo)致P-301 及P-302 頻繁檢修的原因，主要是因?yàn)榇髿鈧?cè)密封隔離液泄露，大氣側(cè)補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)磨損，占故障因素的80%以上。

2 機(jī)械密封失效的原因

2.1 密封隔離液循環(huán)管路不暢

通過測(cè)量密封隔離液儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線發(fā)現(xiàn)溫差較小，發(fā)現(xiàn)循環(huán)管線內(nèi)有雜質(zhì)，經(jīng)過確認(rèn)管線內(nèi)的雜質(zhì)是機(jī)封多次損壞的殘留物，因密封隔離液循環(huán)不暢導(dǎo)致機(jī)封大氣側(cè)密封內(nèi)無(wú)密封隔離液，機(jī)封失效。

2.2 機(jī)械密封失效

(1)大氣側(cè)傳動(dòng)套口壞磨損，密封失效，密封隔離液泄露；

(2)大氣側(cè)補(bǔ)償環(huán)、非補(bǔ)償環(huán)環(huán)面有明顯嚴(yán)重崩邊及皰疤、偏磨；

2.3 其他原因

自2017年4月18日檢修完畢投用后，丙烯泵P302A于4月26日再次發(fā)生泄露。在短短一周之內(nèi)，該泵出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)封失效情況。機(jī)械密封解體檢修發(fā)現(xiàn)，因大氣側(cè)傳動(dòng)套固定銷石墨襯套破損，導(dǎo)致傳動(dòng)套無(wú)法固定，大氣側(cè)補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)磨損嚴(yán)重，機(jī)封損壞泄露。

3 失效原因解決方法

3.1 密封隔離液循環(huán)管路不暢

定期測(cè)量密封隔離液儲(chǔ)罐進(jìn)出口管線溫差，若出入口管線溫差較小或者無(wú)溫差，則要斷開法蘭確認(rèn)管線是否有堵塞。保證密封隔離液出入口管線通暢。定期更換密封隔離液，清洗機(jī)械密封循環(huán)管線，保證密封隔離液工作時(shí)循環(huán)通暢。保證Plan52正常使用。

3.2 大氣側(cè)補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)磨損

0500/RRTP//SB3844 型密封采用的是約翰克蘭RRTP 型密封，該密封內(nèi)外密封都是高壓密封，在結(jié)構(gòu)上內(nèi)外一完全一樣的，但是根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)使用及檢修情況，發(fā)現(xiàn)該密封的失效現(xiàn)象以大氣側(cè)密封失效居多。大氣側(cè)補(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)經(jīng)常因磨損導(dǎo)致環(huán)面崩邊、皰疤。補(bǔ)償環(huán)材質(zhì)為石墨，非補(bǔ)償環(huán)材質(zhì)為碳化硅。環(huán)面產(chǎn)生崩邊、皰疤就是因?yàn)檠a(bǔ)償環(huán)與非補(bǔ)償環(huán)環(huán)面間潤(rùn)滑油膜不穩(wěn)定，冷卻不暢、產(chǎn)生高溫，環(huán)面損壞，導(dǎo)致機(jī)封泄露。

4 效果對(duì)比

通過對(duì)機(jī)泵機(jī)械密封失效原因進(jìn)行分析，提出相應(yīng)的改進(jìn)措施，并在實(shí)際檢維修中加以應(yīng)用。P-301從2017年10月、P-302從2018年1月檢修至今運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

5 結(jié)語(yǔ)

通過對(duì)現(xiàn)場(chǎng)雙端面機(jī)械密封泄露產(chǎn)生原因的分析，并有針對(duì)性的進(jìn)行機(jī)械密封的改進(jìn)，提高了機(jī)械密封的檢修周期，保證了離心泵長(zhǎng)周期運(yùn)行，通過設(shè)備精細(xì)化管理，發(fā)現(xiàn)問題并制定相應(yīng)的解決方案，打造一個(gè)安全、平穩(wěn)的設(shè)備運(yùn)行環(huán)境。并進(jìn)行針對(duì)性的消除措施，同時(shí)提高機(jī)封的安全可靠性和使用壽命，降低了離心泵的檢維修次數(shù)及泄露發(fā)生率，延長(zhǎng)了機(jī)泵額運(yùn)行周期，為罐區(qū)的穩(wěn)定生產(chǎn)打下了堅(jiān)實(shí)的設(shè)備基礎(chǔ)。