乙烯產(chǎn)品泵/乙烯外送泵機(jī)械密封改造

周峰(中海殼牌石油化工有限公司，廣東 惠州 516086)

0 引言

中海殼牌石油化工有限公司二期項(xiàng)目乙烯裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬噸/年，裝置采用S&W 公司(目前S&W 公司已被Technip 公司收購)的USC 超選擇性裂解爐和前脫丙烷前加氫工藝流程，其分離單元乙烯精餾塔與乙烯制冷壓縮機(jī)組成開式熱泵系統(tǒng)，乙烯產(chǎn)品泵作用是將熱泵系統(tǒng)中的液相乙烯采出送至乙烯產(chǎn)品罐區(qū)。乙烯外送泵作用是將乙烯產(chǎn)品罐區(qū)的液相乙烯送至乙烯氣化器，氣化后的乙烯再送至下游HDPE/LLDPE/EOEG 裝置。乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵在一年時(shí)間里機(jī)械密封發(fā)生數(shù)次失效泄漏，中控DCS 報(bào)警或現(xiàn)場(chǎng)工藝巡檢發(fā)現(xiàn)后，切至備用泵運(yùn)行，并對(duì)泄露泵斷電隔離倒空，掛牌上鎖后由維修團(tuán)隊(duì)進(jìn)行維修機(jī)封，對(duì)裝置的安全可靠性以及經(jīng)濟(jì)性都產(chǎn)生了重大影響，因此對(duì)泵機(jī)械密封進(jìn)行改造。

1 設(shè)備信息

乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵均為VS6 多級(jí)立式筒袋泵，輸送介質(zhì)為液相乙烯，工作溫度為-33℃。乙烯產(chǎn)品泵為大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司生產(chǎn)，額定吸入壓力為1.74MpaG，排出壓力為2.18MpaG，揚(yáng)程為102m，額定流量為360m3/h。乙烯外送泵為FIOWSERVR 生產(chǎn)，額定吸入壓力為1.68MpaG，排出壓力為4.10MpaG，揚(yáng)程為560m，額定流量為155m3/h。具體輸送液相乙烯介質(zhì)組成如表1 所示。

表1 液相乙烯介質(zhì)組成表

乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵機(jī)械密封均采用串聯(lián)式雙端面機(jī)械密封，API 密封沖洗形式為PLAN14+72+76+62 方案。一級(jí)機(jī)械密封PLAN14(11+13)采用液相乙烯作為沖洗介質(zhì)，PLAN11 沖洗介質(zhì)從泵出口引出對(duì)機(jī)械密封摩擦副進(jìn)行沖洗冷卻并帶走產(chǎn)生熱量。多級(jí)立式筒袋泵密封腔處于泵腔最高處，泵內(nèi)有氣會(huì)堆積在密封腔，大量氣體堆積會(huì)導(dǎo)致摩擦副干磨進(jìn)而密封失效。PLAN13 沖洗介質(zhì)從密封腔回到泵入口，密封腔壓力大于泵入口壓力產(chǎn)生沖洗效果，PLAN13 的使用有利于密封腔內(nèi)堆積氣體回到入口管線，進(jìn)行連續(xù)排氣并帶走產(chǎn)生熱量[1]。二級(jí)干氣密封為帶螺旋槽的串聯(lián)式密封，PLAN72+76利用外引氮?dú)膺M(jìn)行沖洗與吹掃，少量氮?dú)馔ㄟ^干氣密封端面漏出，大量氮?dú)膺M(jìn)入泄露腔后排火炬。最外端為PLAN62 氮?dú)膺B續(xù)吹掃，防止密封與軸低溫結(jié)冰抱軸。

一級(jí)機(jī)械密封失效，高壓的液相乙烯進(jìn)入二級(jí)干氣密封腔并氣化，干氣密封腔壓力明顯升高，外引氮?dú)饬髁拷档颓遗呕鹁媪髁吭龃蟆６?jí)干氣密封失效，二級(jí)氮?dú)饬髁繒?huì)明顯增大。中控DCS 設(shè)有火炬壓力、氮?dú)饬髁?、氮?dú)鈮毫?bào)警用來遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)泵密封運(yùn)行情況，機(jī)泵機(jī)封刨面如圖1 所示。

2 原因分析

對(duì)乙烯產(chǎn)品泵損壞機(jī)械密封進(jìn)行拆解檢查，發(fā)現(xiàn)一級(jí)密封動(dòng)環(huán)面磨損嚴(yán)重，靜環(huán)面有熱裂紋，密封軸套上有多處石墨粉。這是高溫造成的密封失效，密封面潤滑不足發(fā)生干磨。密封腔需要一定壓力余量抑制乙烯汽化，確保密封面液膜穩(wěn)定，但PLAN11 沖洗孔板過小，直徑僅為3mm，不能保證密封正常運(yùn)行的沖洗需要。且PLAN13 循環(huán)回路無限流孔板，導(dǎo)致密封腔泄壓過快，介質(zhì)在密封腔動(dòng)環(huán)端面附近汽化，密封端面干摩，密封失效泄漏。PLAN11 沖洗孔板尺寸是根據(jù)泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程102m 計(jì)算而來，實(shí)際工藝介質(zhì)出入口壓差為0.444Mpa，導(dǎo)致PLAN11沖洗介質(zhì)進(jìn)入密封腔流量偏低，計(jì)算流量僅為7.2L/min。

乙烯外送泵機(jī)封多次泄漏，皆為機(jī)封磨損，部位為串聯(lián)機(jī)封的內(nèi)側(cè)機(jī)封，現(xiàn)象為石墨動(dòng)環(huán)磨損嚴(yán)重，碳化硅靜環(huán)過熱有開裂紋，靜環(huán)丁腈密封圈過熱碳化[2]。初步懷疑泵長時(shí)間在小流量下運(yùn)行，密封沖洗不足導(dǎo)致密封面干磨，避免此工況運(yùn)行后仍發(fā)生密封泄漏。此次泄露觀察到軸套竄動(dòng)現(xiàn)象，密封面比壓增大，停泵后動(dòng)環(huán)上軸向推力變小，密封力不足發(fā)生泄漏。對(duì)機(jī)封軸套定位螺釘做專項(xiàng)檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)緊力不足，將鎖緊螺釘扭矩值從4Nm 提高至12Nm。改造后軸套未竄動(dòng)但密封再次泄露，測(cè)試密封腔壓力為4.1MPa，排除密封腔汽化問題。最終與廠家開會(huì)討論判斷一級(jí)密封實(shí)際冷卻量不足，是造成機(jī)封過熱磨損的主要原因。

圖1 機(jī)封刨面圖

3 改造方案

乙烯產(chǎn)品泵：經(jīng)與泵廠、密封廠討論制定改進(jìn)方案，取消PLAN11 沖洗管線孔板，避免沖洗介質(zhì)進(jìn)入泵密封腔流量偏低，計(jì)算沖洗流量從7.2L/min 增大至12L/min，PLAN13 出口孔板內(nèi)孔由13mm 改為4mm，保證密封腔壓力穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)工藝操作法進(jìn)行修改，灌泵過程中避免充壓過快，高壓差沖擊機(jī)械密封導(dǎo)致泄漏，同時(shí)規(guī)定PLAN13 管線上總閥1 與回泵入口閥門2 常開，在泵運(yùn)行狀態(tài)時(shí)機(jī)封排氣閥門3 開度為10～15%，在泵備用狀態(tài)時(shí)機(jī)封排氣閥門3 為關(guān)閉，具體機(jī)封改造如圖2 所示。

乙烯外送泵：聯(lián)系密封廠家對(duì)一級(jí)密封沖洗流量進(jìn)行重新核算，取消PLAN13 出口靠近機(jī)封側(cè)3mm 孔板，沖洗量從原設(shè)計(jì)15.8L/min 增大到28L/min，增強(qiáng)機(jī)封冷卻能力。對(duì)機(jī)封內(nèi)部件材質(zhì)進(jìn)行升級(jí)，將機(jī)械密封一級(jí)密封石墨環(huán)材質(zhì)由GE 石墨改為RY 優(yōu)質(zhì)抗泡疤浸銻石墨，導(dǎo)熱性更好，強(qiáng)度更高，將所有的靜密封墊O 型圈材質(zhì)由X614 丁睛橡膠更換為變形率僅為6%的GS 丁睛橡膠。同時(shí)將二級(jí)干氣密封入口壓力由設(shè)計(jì)值100KPa 提高至235KPa，大量排火炬時(shí)火炬管網(wǎng)壓力升高至＞100KPa，提高入口壓力將避免干氣密封干磨損壞。

圖2 機(jī)封改造圖

4 結(jié)語

乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵機(jī)械密封改造完成至今已正常運(yùn)行超過一年，未再發(fā)生過密封泄漏事件，避免了機(jī)封泄漏引起乙烯外漏的風(fēng)險(xiǎn)。通過對(duì)泄露機(jī)械密封解體檢查，分析原因并有針對(duì)性進(jìn)行改造，從根本上解決了機(jī)封頻繁失效的問題，提高了機(jī)泵的使用壽命，保證了設(shè)備的運(yùn)行可靠性，為裝置的安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。