堿循環(huán)泵機(jī)械密封運(yùn)行周期短的原因分析及措施

王彥江 陶義 王長(zhǎng)青 王健偉 戚海軍

（獨(dú)山子石化公司設(shè)備檢修公司乙烯鉗工車間,新疆克拉瑪依市獨(dú)山子區(qū),833699）

引言

某石化公司乙烯裝置堿循環(huán)泵，結(jié)構(gòu)為單級(jí)懸臂式離心泵，輸送介質(zhì)為濃度2-3%的氫氧化鈉溶液，密封采用布置方式1的單端面機(jī)械密封，沖洗方案采用PLAN11。從2018年以來該泵機(jī)械密封平均使用壽命為2000小時(shí)，機(jī)械密封運(yùn)行周期遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有達(dá)到API標(biāo)準(zhǔn)中密封的使用周期，為解決堿循環(huán)泵機(jī)封頻繁泄漏、運(yùn)行周期短的問題，對(duì)機(jī)械密封泄漏原因進(jìn)行了分析，并采取了有效的改造措施，確保設(shè)備能夠長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 堿循環(huán)泵主要參數(shù)

堿循環(huán)泵主要運(yùn)行參數(shù)見表1

表1 堿循環(huán)泵主要運(yùn)行參數(shù)

2 故障原因分析

2.1 機(jī)械密封檢修檢查情況

對(duì)該泵機(jī)械密封解體檢查發(fā)現(xiàn)，該機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)結(jié)垢嚴(yán)重，密封端面進(jìn)入雜質(zhì)，動(dòng)靜環(huán)端面有運(yùn)轉(zhuǎn)磨痕；動(dòng)環(huán)輔助密封“O”形圈受熱擠出，靜環(huán)輔助密封“O”形圈腐蝕變形，動(dòng)環(huán)波紋管上有厚厚一層黃油凝聚物，造成動(dòng)環(huán)波紋管結(jié)焦嚴(yán)重失彈。拆卸時(shí)還發(fā)現(xiàn)密封沖洗系統(tǒng)管線堵塞，密封沖洗失效。

2.2 機(jī)泵及密封失效原因分析

2.2.1 該泵作用是為堿洗塔輸送堿液，目的是通過堿洗工藝脫除裂解氣中的酸性氣體。由于酸性氣體H2S和CO2與堿發(fā)生反應(yīng)形成了硫化物和碳酸鹽，裂解氣在堿洗過程中形成了聚合性粘稠狀的油性物質(zhì)，這些物質(zhì)在機(jī)械密封中易結(jié)焦和沉積進(jìn)而造成三個(gè)不良后果。一是密封摩擦副易結(jié)焦，使機(jī)封密封端面產(chǎn)生過熱現(xiàn)象；二是含有大量反應(yīng)物的堿液進(jìn)入自沖洗管線，容易堵塞沖洗管線，造成沖洗失效，引發(fā)密封面燒損。三是聚合油為高粘度介質(zhì)且受溫度變化，相態(tài)變化較大。尤其在凝固狀態(tài)下，嚴(yán)重卡滯密封的彈性補(bǔ)償元件，造成彈性元件失彈，追隨補(bǔ)償性變差，進(jìn)而導(dǎo)致密封面閉合能力較差；

2.2.2 該泵原機(jī)械密封的動(dòng)靜環(huán)摩擦副材料采用的是碳化硅和石墨的配合方式，由于介質(zhì)中含有大量的顆粒物，在運(yùn)行過程中，碳化硅和石墨這種硬對(duì)軟的配對(duì)方式，不適合使用在含有顆粒物雜質(zhì)的工況，所以，摩擦副材質(zhì)選型不對(duì)也是造成機(jī)械密封泄漏，運(yùn)行周期短的原因之一。

2.2.3 機(jī)械密封輔助密封圈在拆檢過程中發(fā)現(xiàn)有腐蝕變形的現(xiàn)象出現(xiàn)。由于泵輸送介質(zhì)成分較為復(fù)雜，密封圈材質(zhì)選擇不合適也是機(jī)械密封發(fā)生泄漏的原因之一。

2.2.4 該泵沖洗系統(tǒng)采用的是PLAN11的密封沖洗系統(tǒng)。在拆卸過程中發(fā)現(xiàn)，沖洗管線發(fā)生堵塞，失去了沖洗效果。由于介質(zhì)中含有大量的聚合油和硫化物、碳酸鹽的物質(zhì)，且聚合油粘度較高，受溫度影響較大，在自沖洗過程中，無法起到良好的沖洗效果，還有造成沖洗線堵塞的危險(xiǎn)，機(jī)封運(yùn)行效果較差。

3 改造方案

通過對(duì)引起該設(shè)備機(jī)械密封泄漏原因的分析，針對(duì)具體情況提出的如下改造措施：

3.1 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)改造方案

根據(jù)實(shí)際工況選擇合適的密封型式，密封符合API682標(biāo)準(zhǔn)，將波紋管密封改為小彈簧結(jié)構(gòu)機(jī)械密封，彈力均勻，確保密封面更好的貼合，也使密封在軸向上更加緊湊，同時(shí)采用彈簧外置型保護(hù)型密封結(jié)構(gòu)，將彈簧原件置入密封腔內(nèi)，不與易凝結(jié)介質(zhì)（黃油/堿液結(jié)晶物等）接觸。該結(jié)構(gòu)可有效保證密封適應(yīng)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過程中避免彈性機(jī)構(gòu)與介質(zhì)充分接觸導(dǎo)致彈簧結(jié)晶失彈的情況發(fā)生。密封輔助系統(tǒng)采用PLAN62方案，在密封端蓋靠近大氣側(cè)設(shè)置浮動(dòng)式的小間隙節(jié)流套，材質(zhì)為石墨。密封通入清潔的水作為吹掃液，沖走密封泄漏出來的堿液并排泄到安全排放點(diǎn)，防止堿液聚集結(jié)晶，有效保證介質(zhì)不會(huì)泄露到大氣中，提高設(shè)備安全性 。密封結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 改造后機(jī)械密封結(jié)構(gòu)

3.2 輔助沖洗系統(tǒng)方案

為給密封運(yùn)行創(chuàng)造一個(gè)較好的環(huán)境，采用PLAN 32沖洗系統(tǒng)，通過外部引入沖洗液體對(duì)密封端面進(jìn)行沖洗。通過配置減壓閥，流量計(jì)，溫度計(jì)等儀表合理控制沖洗流體的流量、壓力等，保證密封端面充分沖洗，阻擊介質(zhì)中堿液，硫化物，碳酸鹽、聚合油等物質(zhì)堆積在密封腔。密封沖洗方案見圖2。

圖2 密封沖洗系統(tǒng)

3.3 密封材料方案

密封端面摩擦副材料根據(jù)實(shí)際的工況選用硬對(duì)硬配對(duì)，材質(zhì)均選用碳化硅， 保證密封環(huán)材料的強(qiáng)度，能很好應(yīng)對(duì)堿液易結(jié)晶的介質(zhì)顆粒工況；輔助密封材料選用全氟醚密封圈作為端面密封圈材質(zhì)，應(yīng)對(duì)密封圈不受介質(zhì)溫度、腐蝕的影響，彈簧材料選擇哈氏合金，密封其他部件材料選用316L。以上材料均可以滿足該泵工況要求。保證密封的長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 改造后的效果

改造后運(yùn)行狀態(tài)良好，目前已經(jīng)連續(xù)運(yùn)行18000小時(shí)未出現(xiàn)泄漏現(xiàn)象。從機(jī)械密封的實(shí)際運(yùn)行效果上判斷，完全可以達(dá)到25000的長(zhǎng)周期運(yùn)行要求。同時(shí)，改造后延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)行周期，從而降低了檢維修成本。

5 結(jié)論

本次改造采用PLAN32+62沖洗方案的布置方式1的單端面密封，有效的解決了制約機(jī)械密封長(zhǎng)周期運(yùn)行的瓶頸問題。此次機(jī)械密封的成功改造，提高了整個(gè)裝置的運(yùn)行平穩(wěn)性，延長(zhǎng)了設(shè)備的運(yùn)行周期，降低了檢修頻次。減少了因頻繁檢修造成的經(jīng)濟(jì)損失，對(duì)石化行業(yè)創(chuàng)建無污染企業(yè)具有積極的作用。同時(shí)對(duì)于同類型機(jī)泵在機(jī)械密封改造選型方面提供了一定參考，具有一定的推廣作用。