乙烯裝置急冷油泵機(jī)械密封改造分析

王煥坤

（中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東 揭陽 515200）

0 引言

以乙烯裝置80萬噸/年為例，其使用美國的某公司專利技術(shù)。乙烯裝置裂解單元擁有一臺USC-12 M型式的氣體裂解爐與USC-176 U型式的液體裂解爐七臺，某公司在急冷油塔與急冷水塔中采取了專利波紋塔盤，其優(yōu)勢為性能高效、流通數(shù)量龐大、壓力非常小、不易結(jié)焦、且運轉(zhuǎn)周期長等。而制冷分離單元則使用前脫丙烷前加氫程序，高低壓塔脫丙烷，而開式熱泵系統(tǒng)構(gòu)成為乙烯精餾塔與乙烯制冷壓縮機(jī)，同時使用了某公司新研發(fā)的HRS乙烯分離熱集成精餾技術(shù)。

此外，急冷油塔塔底的急冷油借助急冷油反復(fù)抽壓泵抽出，通過機(jī)械刮渣來濾除雜質(zhì)，清理掉2 mm之上的焦粒，隨即流入急冷油管路。急冷油管路具備三股回路：首先，經(jīng)過稀釋蒸汽發(fā)生器、急冷油再沸器針對技藝水受熱，從而冷卻急冷油，且收回急冷油高品位熱能及其產(chǎn)生的稀釋蒸汽；接著，急冷油流入重燃料油氣提塔，借助高壓蒸汽及其裂解氣實施汽提減黏，最后急冷油流至急冷器當(dāng)中，針對廢熱鍋爐產(chǎn)生的裂解氣實施油冷卻。

1 急冷油泵具體介紹

1.1 急冷油泵相關(guān)參數(shù)分析

此乙烯裝置急冷油循環(huán)泵借助了單級雙吸兩端支承徑向剖分式離心泵，日本某公司制造的A泵通過透平驅(qū)動，B/S 泵則需電機(jī)驅(qū)動，具體產(chǎn)品類型為16HQS-356，出口壓力為1.1 MPa，設(shè)計的額定流量為2 531～3 037.5 m/h，揚程為100.61 m，轉(zhuǎn)速為980 r/min，實施PLAN32+62機(jī)泵密封方案。

急冷油循環(huán)泵入口壓力是0.15 MPa，對于雙支承泵出口處密封腔的壓力偏大，具體為0.6～0.9 MPa。其中入口壓力小，且密封腔壓力不大，極易發(fā)生技藝性抽空、氣蝕機(jī)械密封問題，急冷油泵日常溫度下黏度在95.36 mm/s，一旦增大極易導(dǎo)致波紋管開裂問題；急冷油中雜質(zhì)含量大，很容易導(dǎo)致密封斷面劃痕及其波紋管失彈；另外，急冷油具備腐蝕性，容易導(dǎo)致腐蝕漏洞。

1.2 急冷油泵出現(xiàn)問題的具體狀況

泵投入運行之后發(fā)生問題頻次增多，其問題集中在驅(qū)動端與非驅(qū)動端軸承產(chǎn)生落架、滾動體受損加劇、支撐架受損、喉部襯套和軸套出現(xiàn)剮蹭、主軸與機(jī)械密封軸套咬合、機(jī)械密封發(fā)生漏洞等問題。

1.3 急冷油泵相關(guān)問題起因解析

因為急冷油自身特別性，此泵無法使用串聯(lián)密封，而是通過API682C型標(biāo)準(zhǔn)密封，沖洗使用“32+62”的計劃，能夠化解急冷油雜質(zhì)大于低溫下黏度大的現(xiàn)象。畢竟泵的雜質(zhì)相對非常大，設(shè)計顆粒直徑最大是25 mm，沖洗設(shè)立在口環(huán)與密封處，且使用油盤，確保密封日常工作，利用低壓蒸汽作為密封急冷介質(zhì)，急冷油溫度可下降，確保密封在適當(dāng)?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)下運轉(zhuǎn)，針對泵備用過程中，低壓蒸汽也能應(yīng)用到加熱密封腔中的急冷油，確保不冷凝，一旦出現(xiàn)冷凝問題，會造成波紋管喪失彈性，同時喪失了補償技能，勢必引發(fā)密封漏洞，冷凝急冷油，且在泵開啟過程中，造成扭矩過載，導(dǎo)致密封受損問題[1]。

然而，在設(shè)計“62”計劃時，低壓蒸汽無蒸汽流入限流設(shè)備，單純借助管道上方閘閥調(diào)整蒸汽數(shù)量，一旦閘閥開啟過大，造成蒸汽流量超量問題，極易導(dǎo)致油封流入軸承箱，潤滑油與油水?dāng)v合導(dǎo)致乳化，從而造成軸承潤滑成果欠佳，軸承受損，滾動體架落。軸承落架之后，整體轉(zhuǎn)子喪失了支撐點，其泵體內(nèi)部中心位置產(chǎn)生了位移，旋轉(zhuǎn)中發(fā)生金屬間的碰撞，會造成喉部襯套和軸套產(chǎn)生磨損，泵軸受損、機(jī)械密封動環(huán)破裂，出現(xiàn)急冷油泄漏問題。

2 具體出現(xiàn)的相關(guān)問題

急冷油能夠長時間平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，其主要原因為機(jī)械密封性，通過上述起因解析，機(jī)械密封應(yīng)用了“32+62”計劃，如果出現(xiàn)操控疏漏，低壓蒸汽數(shù)量超標(biāo)，勢必導(dǎo)致軸承箱里面潤滑油乳化，軸承架掉落，存有極大安全潛在風(fēng)險。同時急冷油泵傳送介質(zhì)最大運轉(zhuǎn)溫度超過200 ℃，則算是高溫?zé)岜霉芸胤秶?，?yīng)用單端面機(jī)械密封，重點問題出現(xiàn)在動靜環(huán)端面方面，且單端面密封只存在一個端面，假設(shè)密封出現(xiàn)漏洞，高溫急冷油勢必造成四周環(huán)境污染，不但出現(xiàn)機(jī)泵問題，也破壞環(huán)境，情況嚴(yán)重更會發(fā)生火災(zāi)、爆炸，勢必給人身安全帶來潛在風(fēng)險?；诖?，改造急冷油泵密封務(wù)必盡快執(zhí)行。

3 急冷油泵機(jī)械密封改造研究

3.1 高溫?zé)嵊皖惷芊獾暮Y選型號

3.1.1 篩選型號基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)

高溫?zé)嵊捅妹芊庑枰獞?yīng)用切合API682—2004標(biāo)準(zhǔn)的背靠背、面對面、面對背存在壓雙端面密封，有特別狀況則要考量篩選面對背沒有壓雙端面密封。

3.1.2 沖洗計劃篩選

高溫?zé)嵊捅秒p密封可參照場地實踐狀況來篩選P21(23、32)+53A(B)、 P21(23、 32)+54 或P21(23、32)+74；無壓雙密封構(gòu)造則要確保排放的安全性。介質(zhì)中一旦存在固體顆粒等雜質(zhì)極易導(dǎo)致密封受損，應(yīng)用P32外沖洗；介質(zhì)非常干凈則應(yīng)用P21自沖洗[2]。

3.1.3 密封方式與材質(zhì)篩選

高溫泵密封彈性零件力推使用耐高溫金屬波紋管，參照介質(zhì)腐蝕程度與熱度來篩選不一樣材質(zhì)的金屬波紋管。

3.2 確立高溫?zé)嵊皖惷芊夥桨?/h3>

通過以上密封計劃與篩選型號標(biāo)準(zhǔn)及其實際此泵改造經(jīng)歷，結(jié)果選取P32+53A密封方案。此方案及其篩選型號優(yōu)勢為內(nèi)側(cè)密封為主密封，其可承擔(dān)密封罐封液和PLAN32沖洗液之間的相互壓差，使用靜止型波紋管密封構(gòu)造，設(shè)計科學(xué)，PLAN32沖洗計劃使用內(nèi)側(cè)密封，則為外部連接封油管線，其可內(nèi)側(cè)密封來輔助外側(cè)密封，從而起到很好的密封效果。此外，密封罐當(dāng)中密封液壓力附著于外側(cè)輔助密封上面，所以外側(cè)附屬密封需采取金屬波紋管密封。而P53A方案適用于外側(cè)附屬密封，干凈高純度氮氣植入密封罐當(dāng)中增壓，直到比PLAN32方案中沖洗液壓力多出0.14～0.41 MPa終止。在主密封失去成效時，外側(cè)密封也能在規(guī)定時效內(nèi)產(chǎn)生密封效果，從而留有充足時間替換設(shè)施，確保技藝介質(zhì)無法排泄至空氣中。

內(nèi)側(cè)三主密封或者外側(cè)密封日常應(yīng)用過程中，會產(chǎn)生微量排泄，機(jī)泵使用過后，密封罐內(nèi)密封液體因排泄而漸漸降低，一旦降低至液位開關(guān)浮球方位時，液位開關(guān)自動開啟提示功能，此時則需應(yīng)用柱塞泵向密封罐中補足密封液，隨后回歸正常液位時，機(jī)械密封則可正常平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。隨后的日常檢查中，密封罐液位小于標(biāo)準(zhǔn)線時，需補足液體，一旦降低至規(guī)定值時，壓力警報開啟，隨后需要再次加壓氮氣，從而確保設(shè)施平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。

假設(shè)內(nèi)側(cè)主密封失去功效時，勢必導(dǎo)致密封罐當(dāng)中的密封液轉(zhuǎn)向泵腔內(nèi)排泄，密封液液位降低，密封罐中氮氣壓力降低，直到預(yù)警數(shù)值之下，隨后液位與壓力開關(guān)給予警報，如果密封罐頂端壓力表參數(shù)和泵密封腔內(nèi)壓力相同，則推斷為主密封失去功效，則泵需立刻暫停運轉(zhuǎn)，替換全新的機(jī)械密封。

當(dāng)外側(cè)輔助密封運轉(zhuǎn)介質(zhì)干凈，且情況趨于平穩(wěn)，不會導(dǎo)致受損；一旦外側(cè)輔助密封喪失功效，將直接導(dǎo)致空氣側(cè)出現(xiàn)白油泄漏，灑落在泵基本臺面上，且密封罐當(dāng)中的密封液液位降低，密封罐當(dāng)中氮氣壓力值減少，直至降低至警報數(shù)值之下，液位與壓力開關(guān)給出警報，隨后密封罐中氮氣壓力會減少到常壓，密封罐頂端壓力表數(shù)字為零，則需立即暫停運轉(zhuǎn)，替換全新的機(jī)械密封[2]。

3.3 機(jī)械密封與系統(tǒng)改造重點留意事項

PLAN32方案要支持相對平穩(wěn)的外沖洗液。此外，PLAN53A需要給系統(tǒng)帶來平穩(wěn)的氮氣壓力源，同時液位與壓力開關(guān)則要植入DCS系統(tǒng)當(dāng)中，把收集的信息應(yīng)用到DCS中，進(jìn)而達(dá)成遠(yuǎn)程監(jiān)控及其實時報警。同時需要給儲液罐帶來耐高溫白油或理化性能類似的潤滑油。針對此輔助系統(tǒng)，則要參照場地實踐狀況裝置罐體及其所牽涉緩沖介質(zhì)不銹鋼管線，同時當(dāng)場制作成型之后再焊接。

4 整體改造效果分析

借助機(jī)械密封方案優(yōu)化升級，從而提升此泵的使用周期，比如：檢修時長由1 年提升至2 年上下，機(jī)泵平均維護(hù)間隔周期MTBF從122升上到141。

再加上原先PLAN62方案被取締，無密封蒸汽流入，此泵驅(qū)動端與非驅(qū)動端軸承箱里面潤換油檢查含水?dāng)?shù)量為零，基本化解了潤滑油乳化侵入油膜問題，從而提升了軸承潤滑成效，減少各零件相互間的磨損。最終提升了機(jī)械密封運轉(zhuǎn)穩(wěn)定性，解決了主密封失效急冷油漏洞排泄至空氣中的潛在風(fēng)險。同時解決了密封蒸汽進(jìn)入，凝結(jié)水會順著急冷油滴落在泵基礎(chǔ)臺面上，導(dǎo)致四周環(huán)境小范圍不達(dá)標(biāo)問題，同時也降低了整體清掃衛(wèi)生的難度。由于泵相對運轉(zhuǎn)周期加長，維護(hù)成本極大降低，又防止發(fā)生急冷油受損，縮減了人工維護(hù)費用，節(jié)約了設(shè)施零件替換成本，核算下來每年可節(jié)約經(jīng)濟(jì)收益達(dá)到六十萬元。

5 結(jié)語

總體而言，急冷油泵使用了P32+53A密封方案，借助背靠背串聯(lián)高溫金屬波紋管密封，啟動持續(xù)工作72 h，且油系統(tǒng)運行無故障，密封罐油入口溫度在60 ℃，出口溫度在50 ℃，相差10 ℃，液體位置自始至終確保在75%～85%區(qū)間，壓力平穩(wěn)在0.6 MPa，機(jī)封運行到現(xiàn)在大約一個月，其驅(qū)動端與非驅(qū)動端密封運轉(zhuǎn)情況優(yōu)良，期間無發(fā)生一級或二級密封泄漏問題。