丙烯回流泵機(jī)械密封故障原因分析

周 殿 瑩

丙烯回流泵機(jī)械密封故障原因分析

周 殿 瑩

（中國(guó)石油撫順石化設(shè)備檢測(cè)監(jiān)理研究中心，遼寧 撫順 113001）

機(jī)械密封故障大部分因安裝、使用不當(dāng)造成的，對(duì)設(shè)計(jì)缺陷的分析通常被忽視，通過(guò)對(duì)丙烯回流泵機(jī)械密封的故障分析，提出對(duì)設(shè)計(jì)缺陷的分析方法，改進(jìn)措施等。

機(jī)械密封； 故障； 分析

1 設(shè)備概況

1.1 丙烯回流泵簡(jiǎn)介

丙烯塔回流泵是美國(guó) ITT生產(chǎn)，制造標(biāo)準(zhǔn)為API610——2004。泵的型號(hào)為14×16-30B，泵的型式為BB2，額定功率為555.92 kW，電機(jī)功率630 kW，轉(zhuǎn)速1 500 r/min，吸入壓力1.83 MPa，出口壓力2.65 MPa，介質(zhì)汽化壓力是1.792 MPa，介質(zhì)正常溫度為41 ℃， NPSHa6.47M，NPSHr5.53M，正常流量1678.2 m3/h，工作介質(zhì)為丙烯，共兩臺(tái)泵，一開(kāi)一備。

1.2 機(jī)械密封簡(jiǎn)介

密封為博格曼美國(guó)休斯頓生產(chǎn)的集裝式機(jī)械密封[1]（見(jiàn)圖1）。

該泵主密封的形式為 2CW－CW，為多彈簧平衡型機(jī)械密封，動(dòng)靜環(huán)為碳化硅燒結(jié)，表面硬化處理，沖洗方案PLAN 11；輔助密封平衡型機(jī)械密封，密封液為10#白油，密封沖洗方案為PLAN 52+62，密封標(biāo)準(zhǔn)符合API682—2004。

2 密封的故障現(xiàn)象及檢查

2.1 故障現(xiàn)象

丙烯的相對(duì)密度是0.473，考慮介質(zhì)特性及現(xiàn)場(chǎng)形式在際、用甲醇試車的現(xiàn)場(chǎng)操作難度大的實(shí)際情況，丙烯回流泵的試泵方案確定用實(shí)物料進(jìn)行試車，因此在裝置設(shè)備試車期間，介質(zhì)為乙烯、丙烯等輕烴泵都沒(méi)有試車。

2012年10月3日，在A泵首次試運(yùn)檢查時(shí)，發(fā)現(xiàn)在泵入口閥打開(kāi)后，非驅(qū)動(dòng)端機(jī)封壓力報(bào)警，驅(qū)動(dòng)端機(jī)封封液灌白油泄漏，然后就停機(jī)更換機(jī)封。更換機(jī)封后，再加封液灌白油時(shí)，發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端機(jī)封白油泄漏，然后再次更換驅(qū)動(dòng)端機(jī)封。

2012年10月10日，泵廠家在現(xiàn)場(chǎng)指導(dǎo)試運(yùn)行，發(fā)現(xiàn)前后端機(jī)封泄漏嚴(yán)重，決定更換前后端機(jī)封，拆換機(jī)封時(shí)發(fā)現(xiàn)，機(jī)封動(dòng)靜環(huán)及內(nèi)套損傷嚴(yán)重。在泵廠家指導(dǎo)下更換一套機(jī)封，試運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)十個(gè)小時(shí)機(jī)封運(yùn)行良好，但因?yàn)檩S承箱內(nèi)潤(rùn)滑油變質(zhì)，切換到S泵。

2012年10月25日，由S泵切換到A泵時(shí)，在運(yùn)轉(zhuǎn)約5 min時(shí)，發(fā)現(xiàn)前后端機(jī)封泄漏，然后更換前后端機(jī)封。切換回S泵時(shí)，發(fā)現(xiàn)S泵非驅(qū)動(dòng)端封液灌白油減少，添加白油時(shí)，發(fā)現(xiàn)機(jī)封泄漏嚴(yán)重，更換S泵非驅(qū)動(dòng)端機(jī)封。

從2012年10月份到2013年10月份，丙烯回流泵的A泵運(yùn)行時(shí)間只有一次運(yùn)行到10 h，其余的10次修理試運(yùn)時(shí)間，基本上在幾分鐘內(nèi)密封泄漏，密封罐壓力報(bào)警，密封罐看不到液位。

2.2 對(duì)設(shè)備的檢查

對(duì)泵的振動(dòng)檢查，振值為 0.47 mm/s，滿足ISO10816/GBT6075標(biāo)準(zhǔn)。

在現(xiàn)場(chǎng)對(duì)損壞的密封進(jìn)行檢查，密封端面的外緣損壞嚴(yán)重（見(jiàn)圖2）。

從損壞的情況看，設(shè)備的對(duì)中存在較大的偏差，我們又檢查了口環(huán)、軸承箱油封，發(fā)現(xiàn)兩側(cè)呈180°對(duì)角偏磨。這種現(xiàn)象證明了不對(duì)中偏差較大[2]，表1是對(duì)設(shè)備的機(jī)械密封腔內(nèi)圓、泵體端面跳動(dòng)的檢查的結(jié)果。

依據(jù)數(shù)據(jù)及方向判斷，從驅(qū)動(dòng)端向非驅(qū)動(dòng)端看轉(zhuǎn)子整體偏右下方，并且轉(zhuǎn)子呈驅(qū)動(dòng)端高非驅(qū)動(dòng)端低的傾斜趨勢(shì)，轉(zhuǎn)子與機(jī)殼不完全垂直。由于現(xiàn)場(chǎng)不具備進(jìn)一步修理的條件，2013年9月，把泵送到上海ITT公司修理，重新進(jìn)行對(duì)中。

對(duì)照API610第10版，廠家的安裝標(biāo)準(zhǔn)略低，對(duì)設(shè)備的性能沒(méi)有影響[5]。

2.3 機(jī)械密封的檢查

由于現(xiàn)場(chǎng)沒(méi)有專用的密封試壓工具，只是利用PLAN52沖洗孔，對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行簡(jiǎn)單的試壓檢查，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏（圖3）。

2013年9月把損壞的密封送到上海博格曼工廠進(jìn)行檢查，利用PLAN52的沖洗孔進(jìn)行水壓試漏，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)泄漏。由于這樣試驗(yàn)不規(guī)范，決定加工試壓工具后再檢查。用專用工具試壓時(shí)，不到0.2 MPa就發(fā)生泄漏，隨即對(duì)密封進(jìn)行解體檢查，發(fā)現(xiàn)主密封沖洗口有過(guò)熱現(xiàn)象、靜環(huán)座（圖1中序號(hào)6.1）的壓痕不均勻、密封端面磨痕偏磨的現(xiàn)象。

3 機(jī)械密封故障原因分析

3.1 對(duì)操作的分析

丙烯回流泵的A泵沒(méi)有正常運(yùn)行過(guò)，而S泵的運(yùn)行一直處在帶病運(yùn)行狀態(tài)，密封罐的壓力經(jīng)常報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)處理一下，還可以運(yùn)行。一開(kāi)始，對(duì)密封故障分析主要放在操作上，首先是對(duì)制作參數(shù)的確認(rèn)。如塔的液位、操作壓力、塔釜的組成等，經(jīng)確認(rèn)與設(shè)計(jì)相符。在試車期間，塔的操作壓力低于正常運(yùn)行時(shí)的操作壓力，經(jīng)與廠家、設(shè)計(jì)院反復(fù)核實(shí)，對(duì)泵的操作沒(méi)有影響。得出結(jié)論，工藝操作對(duì)密封運(yùn)行沒(méi)有影響。

3.2 設(shè)計(jì)圖紙的分析

查看密封最終圖紙，發(fā)現(xiàn)三個(gè)問(wèn)題，一是密封罐的管道應(yīng)是下進(jìn)上出（在廠家的中間文件是下進(jìn)上出），但現(xiàn)場(chǎng)是上進(jìn)下出，這與API682標(biāo)準(zhǔn)不符[3]；二是PLAN11沖洗孔板的孔徑為Φ3 mm，根據(jù)喉部襯套間隙核算，沖洗量可能不足，但廠家沒(méi)有給出需要的沖洗量，現(xiàn)場(chǎng)把孔板直徑擴(kuò)大到Φ5 mm,密封的運(yùn)行狀態(tài)沒(méi)有得到改善；三是按設(shè)計(jì)要求，密封面應(yīng)是DLC涂層（表面硬化處理），但供貨密封沒(méi)有涂層。

3.3 對(duì)機(jī)械密封的分析

機(jī)械密封解體后，問(wèn)題比較明顯：

（1）主密封的靜環(huán)偏磨，說(shuō)明密封摩擦副的表面不平行，要么是泵對(duì)中不好造成的，要么是密封制造質(zhì)量不好造成的，通過(guò)分析比對(duì)，認(rèn)為這套密封的偏磨是因?yàn)殪o環(huán)座變形和泵不對(duì)中的共同作用下造成的。

（2）沖洗口有過(guò)熱現(xiàn)象，說(shuō)明原設(shè)計(jì)的沖洗量不足，丙烯經(jīng)沖洗孔板節(jié)流后，減壓氣化，造成密封端面干磨[4]。沖洗的目的是把密封端面產(chǎn)生的摩擦熱、旋轉(zhuǎn)部件產(chǎn)生的攪拌熱帶走，同時(shí)沖洗密封面上附著的雜質(zhì)、結(jié)晶物、聚合物等，保證密封的工作條件是在最佳狀態(tài)[6]。由于沖洗的丙烯介質(zhì)在密封腔中氣化，導(dǎo)致了密封腔的溫度上升、沖洗流量下降，使密封的工作條件進(jìn)一步惡化。

（3）靜環(huán)座的壓痕不均勻，經(jīng)確認(rèn)是由于該元件變形導(dǎo)致的，這是密封損壞的主要原因。這說(shuō)明該元件設(shè)計(jì)的強(qiáng)度不夠，在泵引入介質(zhì)時(shí)，該元件發(fā)生彈性變形，引起密封失效，不能滿足工藝需要。

（4）PLAN52的密封罐的進(jìn)出方向問(wèn)題，通過(guò)分析，認(rèn)為它只對(duì)密封的運(yùn)行壽命有影響，但不是造成密封損壞的原因。

（5）密封表面沒(méi)有DLC涂層，只是對(duì)密封的使用壽命有影響，不會(huì)對(duì)其使用產(chǎn)生破壞。即使沒(méi)有涂層，在正常情況下運(yùn)行半年應(yīng)該沒(méi)有問(wèn)題，因些它不是密封損壞的原因。

4 結(jié) 論

通過(guò)以上分析，丙烯回流泵機(jī)械密封泄漏的主要原因是靜環(huán)座的強(qiáng)度不夠，造成受力變形，密封端面不能正常工作，導(dǎo)致物料進(jìn)入泵體后發(fā)生泄漏；又由于泵對(duì)中偏差較大，與靜環(huán)座變形疊加，使密封端面的外緣呈點(diǎn)接觸，在啟動(dòng)泵時(shí)瞬間產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致密封面外緣損壞[2,4]。

通過(guò)這臺(tái)泵的密封故障分析，認(rèn)為泵的不對(duì)中，沖洗管路、表面涂層的問(wèn)題，對(duì)這臺(tái)泵而言，只能影響到密封的使用壽命，但不至于導(dǎo)致泵在進(jìn)物料時(shí)發(fā)生泄漏、在泵啟動(dòng)時(shí)密封損壞。原密封的結(jié)構(gòu)，在組裝上比較方便，同時(shí)也降低了成本，但在強(qiáng)度上沒(méi)有認(rèn)真核算，出現(xiàn)了失誤。

針對(duì)這些問(wèn)題，對(duì)原密封進(jìn)行改造，一是把PLAN11改為 PLAN23，增加靜環(huán)座的強(qiáng)度，按API682的要求調(diào)整密封罐的進(jìn)出口方向。二是增加節(jié)流環(huán)，提高密封腔的壓力，目的保證密封沖洗進(jìn)入密封腔不氣化。

2013年10月份，丙烯回流泵使用新密封至今，運(yùn)行平穩(wěn)，沒(méi)有出現(xiàn)任何問(wèn)題。

［1］丙烯回流泵說(shuō)明書[R].

［2］肖開(kāi)學(xué).實(shí)用設(shè)備潤(rùn)滑與密封技術(shù)問(wèn)答[M].北京: 機(jī)械工業(yè)出版社, 2001-01:169.

［3］API682 用于離心泵和回轉(zhuǎn)泵的泵－軸封系統(tǒng) 附錄D[R].

［4］[美]海因茨.P.布洛克 F.K.蓋特納.實(shí)用化工廠機(jī)器管理（第二卷）[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 107.

［5］API610—2004石油、重化學(xué)和天然氣工業(yè)用離心泵 25、附錄K[R].沈陽(yáng)水泵研究所、全國(guó)泵標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì) ,翻譯.

［6］胡國(guó)楨,石流,閻家賓.化工密封技術(shù)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社, 396.

Cause Analysis of Mechanical Seal Failure of Propylene Reflux Pump

ZHOU Dian-ying
（PetroChina Fushun Petrochemical Equipment Research Center, Liaoning Fushun113008，China）

Most of mechanical seal failures are caused by improper use or installation, the analysis of design defects is often neglected. In this paper, through analysis of propylene reflux pump mechanical seal failure, an analysis method and improvement measures of design defects were put forward.

Mechanical seal；Failure；Analysis

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）05-1160-03

2015-03-12

周殿瑩（1966-），男，遼寧撫順人，助理工程師，1990年畢業(yè)于遼寧省石油化工學(xué)?；C(jī)械專業(yè)，研究方向：從事設(shè)備管理工作。E-mail：fec-zhoudy@petrochina.com.cn。