渣油加氫反應(yīng)進(jìn)料泵預(yù)熱階段泄漏原因分析與處理

董 飚

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司(以下簡稱上海石化)3.9 Mt/a渣油加氫裝置是該公司煉油改造工程中的主體裝置，采用中國石化工程建設(shè)有限公司開發(fā)的固定床渣油加氫技術(shù)。為了提高渣油加氫裝置的脫雜質(zhì)率，選擇中國石油化工股份有限公司石油化工科學(xué)研究院開發(fā)的脫硫催化劑RMS-30、脫金屬催化劑RMS-35等新一代RHT系列渣油加氫催化劑。裝置的反應(yīng)部分流程是：濾后渣油原料經(jīng)反應(yīng)進(jìn)料泵升壓后，與循環(huán)氫、新氫的混合氫混合，混氫油先后與熱高分氣、反應(yīng)產(chǎn)物換熱后，進(jìn)入反應(yīng)進(jìn)料加熱爐加熱，再進(jìn)入加氫反應(yīng)器，在催化劑的作用下，進(jìn)行加氫反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物進(jìn)入熱高分分離器。主要設(shè)備包括反應(yīng)進(jìn)料泵、循環(huán)氫壓縮機(jī)、反應(yīng)進(jìn)料加熱爐、加氫反應(yīng)器、熱高分分離器、熱低分分離器等。反應(yīng)進(jìn)料泵設(shè)置了液力透平，回收從熱高分分離器到熱低分分離器的能量，用于驅(qū)動(dòng)反應(yīng)進(jìn)料泵。

1 泵在預(yù)熱階段出現(xiàn)泄漏問題

反應(yīng)進(jìn)料泵P-1802是渣油加氫裝置的核心設(shè)備，是保證裝置長期安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，該泵為BB5型雙殼體泵。其操作條件為：介質(zhì)為渣油，流量為300 m3/h，入口壓力為0.6 MPa，出口壓力為19.95 MPa，揚(yáng)程為2 342 m，操作溫度255 ℃，軸功率為2 339 kW。

反應(yīng)進(jìn)料泵P-1802的結(jié)構(gòu)見圖1所示。泵分兩段，每段6個(gè)葉輪，背靠背布置。在泵芯殼體有1段泵芯和2段泵芯：1段泵芯包括入口殼體、1～6級(jí)殼體、段間殼體，由螺栓連接在一起，在驅(qū)動(dòng)端的固定塊和頂絲的作用下，與泵殼體的入口端貼合在一起；2段泵芯包括7～12級(jí)殼體，由螺栓連接在一起，在1、2段泵芯之間的彈簧作用下，2段泵芯與泵大蓋貼合在一起。在驅(qū)動(dòng)端的固定塊和頂絲的作用下，與泵殼體的入口端固定在一起。介質(zhì)在泵內(nèi)的流動(dòng)方向是：從驅(qū)動(dòng)端的泵入口進(jìn)入，經(jīng)過6級(jí)葉輪的升壓，從段間殼體的1段出口流出，經(jīng)過2段與泵殼體間的空間流道非驅(qū)動(dòng)端的2段入口，再經(jīng)過6級(jí)葉輪的升壓，從段間殼體的2段出口流出到泵出口。

反應(yīng)進(jìn)料泵P-1802最初的故障是流量偏低、軸位移偏大。原因是泵體內(nèi)部密封件和零部件損壞、沖刷嚴(yán)重。更換相應(yīng)零部件，泵體組裝后，進(jìn)行了性能測試。對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行核算，該泵在300 m3/h的額定流量下，揚(yáng)程達(dá)到2 389 m(原泵2 342 m)，效率為74%(原泵70%)，性能良好。

泵體在現(xiàn)場進(jìn)行安裝、管線連接、對(duì)中找正、潤滑油投用后，開始預(yù)熱。隨著預(yù)熱溫度的上升，泵的入口端殼體開始泄漏，泄漏部位見圖2所示。預(yù)熱溫度達(dá)到150 ℃時(shí)，泄漏呈線流狀。為了檢查泄漏發(fā)生的部位，對(duì)雙端面機(jī)封的緩沖罐的情況進(jìn)行了檢查，還對(duì)驅(qū)動(dòng)端軸承進(jìn)行了解體，判斷機(jī)械密封的墊片是否泄漏，均良好。圖2中，高、低壓墊片均為石墨材質(zhì)。高壓墊片承受的是泵進(jìn)、出口壓差，若發(fā)生泄漏，是從泵出口向泵入口泄漏，并且在性能測試時(shí)，已經(jīng)經(jīng)受了高壓的考驗(yàn)；低壓墊片承受的是泵進(jìn)壓力，若發(fā)生泄漏，是從泵入口向大氣泄漏，并且在性能測試時(shí)，沒有經(jīng)受壓力的考驗(yàn)。因此，可以斷定泄漏應(yīng)該是圖2的低壓墊片存在問題。為了判斷是不是低壓墊片存在壓縮不足的情況，導(dǎo)致泄漏的發(fā)生，對(duì)泵芯頂絲進(jìn)行緊固后，泄漏狀況沒有解決。

1-軸頭泵；2-聯(lián)軸節(jié)；3-軸承螺母；4-推力軸承；5-支撐軸承；6-泵蓋；7-泵蓋墊片；8-泵殼體；9-泵芯組件；10-二段出口；11-泵出口；12-泵入口；13-聯(lián)軸器；14-減壓襯套；15-二段入口；16-機(jī)械密封；17-固定塊；18-頂絲；19-支撐軸承；20-軸

圖2 泵體入口部位結(jié)構(gòu)

2 泄漏原因分析

為了解決泵體泄漏的問題，將泵體重新進(jìn)行解體。結(jié)合內(nèi)部件的損傷情況，分析泄漏原因如下。

(1)低壓墊片的內(nèi)圈有損傷：這是不是泄漏的原因呢？答案是否定的，這個(gè)損傷應(yīng)該是泵芯拆卸過程中發(fā)生的，其原因一是安裝的時(shí)候，首先將高、低壓墊片套在泵芯上，再將泵芯裝入泵殼體，安裝過程中石墨墊片內(nèi)圈不可能受到損傷；二是如果這個(gè)損傷已經(jīng)存在的話，在性能試驗(yàn)時(shí)，不可能承受0.21 MPa 的入口壓力。

(2)低壓墊片壓縮量問題：低壓墊片壓縮量不足是不是泄漏的原因呢？答案是否定的。比較第一次安裝的石墨墊片和新進(jìn)口的石墨墊片厚度，數(shù)據(jù)見表1。

表1 石墨墊片厚度 mm

從表1可以看出：第一次安裝的高、低壓墊片的原始厚度與新進(jìn)口的石墨墊片厚度相差無幾，壓縮量足夠，在性能測試時(shí)，高壓墊片可以承受20 MPa的壓力，該泵在第一次檢修前也已經(jīng)運(yùn)轉(zhuǎn)了6年。

(3)低壓墊片是不是有質(zhì)量問題?掰開拆下來的低壓墊片的漏油部位，發(fā)現(xiàn)石墨墊片明顯有分層，層與層之間有油；高壓墊片的截面不分層，比較干燥。說明低壓墊片在制作過程中，局部存在未壓實(shí)的情況，在常溫下可以承受0.21 MPa的水壓，在性能測試時(shí)沒有發(fā)生泄漏。但是在現(xiàn)場預(yù)熱時(shí)，油溫到達(dá)100 ℃以上，油壓達(dá)到0.5～0.6 MPa 時(shí)，油的滲透性好，通過低壓墊片的夾層，發(fā)生泄漏。

3 墊片緊固方法與密封機(jī)理

現(xiàn)場緊固為什么沒有解決低壓墊片的泄漏呢？這是由泵的結(jié)構(gòu)決定的。在圖2中，泵芯的入口殼體上，均勻地安裝了4個(gè)固定塊，由螺栓固定，每個(gè)固定塊又有4條頂絲，頂在泵的殼體端面上，頂絲的力矩越大，泵芯伸出殼體越多，L尺寸越大，高、低壓墊片就被壓縮的越多。但是石墨墊片也不能無限制地被壓縮，采取的手段是：圖2中，泵芯的入口殼體與泵殼體有一個(gè)接觸端面，起到限制高、低壓墊片壓縮量的作用，也就是說，入口殼體與泵殼體接觸端面接觸，石墨墊片就不再被進(jìn)一步壓縮。因此，現(xiàn)場通過增加頂絲的力矩解決不了低壓墊片的泄漏。

如何確保高、低壓墊片壓縮量到位了呢？緊固方法如下：

(1) 將泵芯、泵殼體直立；

(2) 泵芯先不裝墊片，將泵芯裝入殼體內(nèi)，殼體大蓋也在不裝墊片的情況下安裝到位；

(3) 泵體水平放置；

(4) 安裝固定塊和頂絲，逐步增加頂絲的力矩。反復(fù)測量L值,尺寸L會(huì)隨著力矩的增加而逐步增加,直到再增加頂絲力矩，L值不再增加為止。這時(shí)可以認(rèn)為，入口殼體與泵殼體接觸端面已經(jīng)緊密貼合，記錄下此時(shí)的L值；

(5) 拆卸大蓋，抽出泵芯；

(6) 將高、低壓墊片裝在泵芯上，大蓋石墨墊片裝在大蓋上；

(7)將泵芯裝入殼體內(nèi)，殼體大蓋也安裝到位，泵體水平放置；

(8)重復(fù)過程(4)，直到L值達(dá)到剛才的數(shù)值為止。

高、低壓墊片是如何同時(shí)實(shí)現(xiàn)密封的呢？高壓墊片承受的是泵進(jìn)出口的壓差，近20 MPa；低壓墊片承受的是泵進(jìn)口的壓力，近0.65 MPa。它們承受的壓力不同，又都是通過增加泵芯頂絲的力矩而被壓縮的，同時(shí)達(dá)到密封的效果。這些應(yīng)該是泵的設(shè)計(jì)者根據(jù)石墨材料的特性，設(shè)計(jì)了石墨墊片不同的厚度、壓縮量。與低壓墊片相比，高壓墊片承受的壓力高，發(fā)生泄漏不易覺察，雖然壓縮量沒有低壓墊片大，但是應(yīng)該承受更大的壓力，所以高壓墊片設(shè)計(jì)得比低壓墊片薄。

為了確保泵體組裝后，低壓墊片不再發(fā)生泄漏，對(duì)泵體進(jìn)行了氣密實(shí)驗(yàn)，并在性能測試時(shí)，通過提高泵入口壓力，進(jìn)一步檢驗(yàn)低壓墊片是否泄漏。這樣，泵體順利地進(jìn)行了現(xiàn)場安裝、管線連接、對(duì)中找正、潤滑油循環(huán)、預(yù)熱和投產(chǎn)。

4 結(jié)論

(1)泵在預(yù)熱階段，低壓墊片發(fā)生泄漏的原因是有分層，局部未壓實(shí)，雖然在常溫下承受了0.21 MPa的水壓，但不能承受溫度到達(dá)100 ℃以上、壓力達(dá)到0.5～0.6 MPa的渣油，發(fā)生泄漏。

(2)由于泵殼體與入口殼體之間接觸端面的存在，進(jìn)一步緊固了泵芯頂絲，因此不能繼續(xù)加大墊片的壓縮量。

(3)高、低壓墊片能在同一個(gè)作用力下實(shí)現(xiàn)壓縮，達(dá)到密封的效果，是因?yàn)樵O(shè)計(jì)成不同厚度、不同壓縮量。

(4)為了確保泵體組裝后能夠運(yùn)行良好，高壓墊片通過性能測試檢驗(yàn)是否泄漏；低壓墊片通過氣密實(shí)驗(yàn)和性能測試時(shí)提高入口壓力檢驗(yàn)是否泄漏。