劉廷玉

1 前言

某石化企業(yè)渣油加氫裝置有2個(gè)系列，使用3臺(tái)渣油進(jìn)料泵，其中1臺(tái)為兩系列的共同備用泵，該泵為BB5系列，配置進(jìn)口的雙端面密封。

2014年6月23日巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)PLAN54系統(tǒng)油站油箱中的導(dǎo)熱油變黑，在6月24日A位號(hào)泵非驅(qū)動(dòng)端機(jī)封發(fā)生了外漏，泄漏出來(lái)的介質(zhì)顏色已經(jīng)變黑，證明封油系統(tǒng)已經(jīng)被污染，泄漏的渣油已進(jìn)入到封油系統(tǒng)。6月24日至7月10日這3臺(tái)泵密封輪流出現(xiàn)了泄漏。

2 密封泄漏現(xiàn)象及密封解體檢查

3臺(tái)渣油進(jìn)料泵密封頻繁泄漏，從泄露部位可知，均為驅(qū)動(dòng)側(cè)密封發(fā)生外漏；從泄漏量來(lái)看，開(kāi)始泄漏量比較小，接著逐漸變大，直至最后呈噴射狀泄漏；從運(yùn)行時(shí)間來(lái)看，更換的密封運(yùn)行時(shí)間較短，有些密封甚至運(yùn)行時(shí)間不到10 h就發(fā)生噴漏；從泄漏的介質(zhì)來(lái)看，都是被渣油污染了的封油，且溫度已超過(guò)100 ℃。為徹底查清密封泄漏原因，避免該泵經(jīng)常發(fā)生泄漏故障，對(duì)更換的密封進(jìn)行解體檢查，并對(duì)密封系統(tǒng)進(jìn)行拆檢。發(fā)現(xiàn)有以下現(xiàn)象：

（1）外密封腔體結(jié)焦比較嚴(yán)重。被污染的封油充滿(mǎn)了外密封腔體，導(dǎo)致外密封腔結(jié)焦。

（2）介質(zhì)端波紋管的外側(cè)結(jié)焦，內(nèi)側(cè)未結(jié)焦；大氣端波紋管內(nèi)外側(cè)都已結(jié)焦。

（3）密封大氣端靜環(huán)（波紋組件）端面結(jié)焦。

（4）軸套部位也有結(jié)焦。

（5）封油管線(xiàn)上的單向閥閥芯結(jié)焦。

根據(jù)密封解體及系統(tǒng)檢查情況，可以確定介質(zhì)端密封發(fā)生了泄漏，由于封油壓力沒(méi)有封住泄漏的渣油，從而使泄漏的渣油進(jìn)入封油系統(tǒng)，直接導(dǎo)致封油系統(tǒng)受到污染?；煊性偷姆庥拖到y(tǒng)，通過(guò)冷卻后再次進(jìn)入密封外腔體，致使密封內(nèi)、外端的波紋管產(chǎn)生結(jié)焦，密封動(dòng)靜環(huán)端面結(jié)垢，波紋管的補(bǔ)償能力減弱或失去彈性，造成大氣端的波紋管密封從滲漏到滴漏直到最后封油呈噴射狀泄漏。

3 泄漏原因及試驗(yàn)分析

該泵采用PLAN54+61沖洗方案，運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)見(jiàn)表1,PLAN54運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)見(jiàn)表2。

表1 渣油泵運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)

表2 PLAN54運(yùn)行關(guān)鍵參數(shù)

封油壓力理應(yīng)高于密封腔的壓力0.1～0.2 MPa，如果發(fā)生泄漏，正常情況下，只可能會(huì)有2種情況：（1）封油內(nèi)漏，跟隨介質(zhì)進(jìn)入泵體；（2）封油外漏，則觀測(cè)到泄漏的是系統(tǒng)中的封油。這2種情況都不會(huì)污染密封沖洗油系統(tǒng)，而導(dǎo)致惡性泄漏發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)拆檢的實(shí)際情況，密封泄漏的原因是由于介質(zhì)（高溫渣油）進(jìn)入密封腔造成波紋管結(jié)焦，密封面結(jié)垢，密封沖洗油系統(tǒng)溫度升高，密封面冷卻不足，端面散熱差，從而引起機(jī)械密封失效。由于封油的壓力（進(jìn)密封腔體的就地壓力表顯示為0.82 MPa）高于密封腔的壓力，密封腔沒(méi)有設(shè)置就地壓力表，但對(duì)于BB5型泵的密封腔壓力為泵入口壓力0.45 MPa［1］，發(fā)生介質(zhì)泄漏到密封系統(tǒng)只可能是密封系統(tǒng)失效。為此，針對(duì)密封系統(tǒng)進(jìn)行了2個(gè)試驗(yàn)。

3.1 試驗(yàn)確定密封腔體的壓力

密封腔體的壓力由該泵入口壓力和平衡管確定，該泵沒(méi)有設(shè)置入口就地壓力表，根據(jù)該泵的工藝流程，其介質(zhì)慮后原料油從反應(yīng)塔頂過(guò)來(lái)，塔頂?shù)膲毫?.38 MPa，塔頂?shù)皆摫酶叨炔罴s12 m，則泵實(shí)際入口壓力理論值應(yīng)約為0.5 MPa。密封腔的壓力由泵入口壓力與平衡管壓力共同決定［2～11］，粘稠的渣油在低溫時(shí)容易粘住平衡管，造成平衡管堵塞。由于平衡管在泵底部，施工空間狹窄，拆裝困難。通過(guò)拆開(kāi)泵兩端密封，在驅(qū)動(dòng)側(cè)密封腔引入低壓氮?dú)?，通過(guò)監(jiān)測(cè)非驅(qū)動(dòng)側(cè)氮?dú)饬康拇笮。瑱z查平衡管是否有堵塞，進(jìn)一步確認(rèn)了密封腔壓力。實(shí)際試驗(yàn)時(shí)，驅(qū)動(dòng)側(cè)引入0.6 MPa儀表風(fēng)，在非驅(qū)動(dòng)側(cè)監(jiān)測(cè)到約有0.3 MPa的壓力，證明平衡管沒(méi)有堵塞，密封腔壓力正常。

3.2 試驗(yàn)確定密封沖洗油在密封腔內(nèi)的壓力

PLAN54系統(tǒng)的密封油經(jīng)過(guò)入口流量計(jì)、壓力表、單向閥，進(jìn)入密封腔進(jìn)行沖洗冷卻后再通過(guò)出口單向閥、孔板回到?jīng)_洗油站。該泵運(yùn)行過(guò)程中檢查沖洗油管入口壓力表指示為正常（0.8 MPa），由于沖洗油回油管經(jīng)過(guò)孔板直接回油箱，沒(méi)有設(shè)置壓力表，故不能判斷密封沖洗油壓力在密封腔是否有足夠的壓力，因此需通過(guò)試驗(yàn)確定密封沖洗油在密封腔的壓力。將原來(lái)密封沖洗油回油管線(xiàn)上單向閥改裝成壓力表，將新密封裝好后，泵入口閥關(guān)閉，打開(kāi)密封油進(jìn)油閥，檢查壓力表壓力。

（1）當(dāng)孔板孔徑為6 mm時(shí)，壓力P1=0.85 MPa，壓力 P2=0.2 MPa

（2）當(dāng)孔板孔徑為4 mm時(shí)，壓力P1=0.85 MPa，壓力 P2=0.4 MPa

（3）當(dāng)孔板孔徑為2.7 mm時(shí)，壓力P1=0.85 MPa，壓力 P2=0.8 MPa

根據(jù)2次試驗(yàn)結(jié)果，密封腔體的壓力正常，如果泵入口壓力發(fā)生波動(dòng)時(shí)，密封腔體的壓力也會(huì)隨著波動(dòng)。而當(dāng)密封油回油管孔徑為6 mm時(shí)，密封油在密封腔體的壓力小于密封壓力。高壓側(cè)密封一泄漏，介質(zhì)渣油就會(huì)竄入封油系統(tǒng)，進(jìn)而對(duì)封油系統(tǒng)進(jìn)行污染，低壓側(cè)密封由于介質(zhì)在密封面結(jié)焦而泄漏。

4 處理措施

4.1 置換密封沖洗油

雖然封油系統(tǒng)已經(jīng)被污染，由于3臺(tái)泵共用一個(gè)沖洗油站，裝置在運(yùn)行過(guò)程中，不能將原料油泵停機(jī)進(jìn)行清洗油站，只能采取置換沖洗油的辦法，即先將油箱中受污染的沖洗油抽到一個(gè)比較低位置，但是不會(huì)影響密封沖洗油泵的正常運(yùn)行，然后再加注新的46號(hào)透平油，每次置換油前，在油過(guò)濾器進(jìn)行采樣靜置，以便進(jìn)行油品分析，通過(guò)分析，多次進(jìn)行置換新油。

4.2 密封油管線(xiàn)吹掃

由于受到渣油污染的密封沖洗油在密封沖洗管路中流動(dòng)，導(dǎo)致沖洗管線(xiàn)部分地方結(jié)焦，密封油運(yùn)行不暢。在更換密封過(guò)程中，在密封回油箱法蘭處、進(jìn)密封腔位置加設(shè)臨時(shí)盲板，將所有的密封沖洗管線(xiàn)、單向閥閥座使用蒸汽進(jìn)行吹掃。

4.3 密封沖洗油孔板、單向閥改造

在檢查了密封沖洗油的進(jìn)油流量、壓力后，拆除了密封油管線(xiàn)上的所有單向閥，且將機(jī)械密封封油回油孔板P-102A改為3.0 mm、P-102B改為2.7 mm、P-102C改為2.5 mm，確保了單路供油設(shè)計(jì)值為10.5 L/min。同時(shí)增加密封腔壓力監(jiān)測(cè)表，隨時(shí)監(jiān)控密封腔體的壓力。

4.4 增加PLAN62密封方案

渣油進(jìn)料泵密封方案只選用PLAN54方案可能不完善，從密封拆檢情況看，前密封面較好，后密封面有不同程度磨損、結(jié)焦，是密封失效的主要原因。增加PLAN62密封方案，能夠有效防止后大氣端波紋管內(nèi)部結(jié)焦，保證密封長(zhǎng)周期運(yùn)行。

4.5 增加沖洗油箱冷卻

由于密封油回油溫度超過(guò)設(shè)定值，說(shuō)明雙端面機(jī)械密封在運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生了較大的熱量，如果回油溫度較高，說(shuō)明密封冷卻效果不好，另外密封系統(tǒng)提供的冷卻器效果不好。對(duì)此，通過(guò)在密封油箱上面增加一條冷卻水線(xiàn)直接對(duì)密封油箱進(jìn)行冷卻，用以降低密封油溫度，增大沖洗效果。

通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了以上改造后，目前該泵運(yùn)行良好，并且密封腔壓力以及密封油系統(tǒng)壓力都可以隨時(shí)查看。

5. 結(jié)論

（1）必須準(zhǔn)確控制密封油壓力。因?yàn)橐话鉖LAN54系統(tǒng)是供多臺(tái)泵多套密封使用，一旦系統(tǒng)受到污染，將有多套密封受到污染，引起密封泄漏，而且密封系統(tǒng)油箱沒(méi)有備用，裝置不停，則不能進(jìn)行置換，故不能徹底清理干凈，為泵、裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行帶來(lái)了隱患。

（2）保證密封沖洗油的連續(xù)性。密封油入口設(shè)置單向閥是為防止渣油介質(zhì)大面積泄漏時(shí)，反竄入密封系統(tǒng)，造成密封系統(tǒng)的污染，但如果單向閥發(fā)生卡涉或卡死，則會(huì)引起密封油中斷，PLAN54就會(huì)失效，因此單向閥的選擇必須要合適，或者不要單向閥。

（3）要求該方案的操作平穩(wěn)，盡量避免入口壓力有較大的波動(dòng)，要維持密封油壓力與密封腔壓力的差值為正值。由于泵的長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)超標(biāo)或者泵短期劇烈振動(dòng)，對(duì)密封使用壽命或運(yùn)行狀態(tài)影響比較大，要防止抽空，避免汽蝕。

（4）對(duì)于關(guān)鍵的幾臺(tái)泵使用PLAN54時(shí)，為防止出現(xiàn)的意外情況，可適當(dāng)增加一個(gè)備用油站，以便在緊急狀態(tài)下可隔離出來(lái)進(jìn)行徹底清掃。

［1］ API 610-2010 第11版 石油石化及天然氣工業(yè)用離心泵［S］.2010.

［2］ 劉在倫,董瑋,張楠,等.離心泵平衡腔液體壓力的計(jì)算與驗(yàn)證［J］.農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào),2013（20）：54-59.

［3］ 謝江輝，劉健，尚進(jìn)，等. 斜盤(pán)式軸向柱塞泵泄漏量的分析與計(jì)算［J］. 流體機(jī)械，2016,44（2）：55-58.

［4］ 向永譚，傅劍輝，趙建林，等. 離心泵兩種密封環(huán)間隙結(jié)構(gòu)的泄漏量比對(duì)分析 ［J］. 化工設(shè)備與管道，2016,53（1）：49-54.

［5］ 張俊杰，施衛(wèi)東，張德勝,等. 汽車(chē)?yán)鋮s水泵高速運(yùn)行時(shí)密封件損傷數(shù)值模擬與優(yōu)化［J］. 排灌機(jī)械工程學(xué)報(bào)，2015，33（7）：606-610.

［6］ 陳仙鳳，趙星波，蒲建忠. 基于FTA的不銹鋼管殼式換熱器失效模型安全評(píng)價(jià)分析 [J]. 壓力容器，2015,32（11）：64-68.

［7］ 馬凱，蔡仁良，勵(lì)行根. 反應(yīng)堆壓力容器用C形密封環(huán)的變形特性研究 [J]. 壓力容器，2016,33（1）：14-19.

［8］ 陳沙古，卞如岡，黃進(jìn)浩. 深海高壓壓力筒抗剪環(huán)式密封結(jié)構(gòu)受力分析 [J]. 壓力容器，2016,33（5）：15-19.

［9］ 齊洪洋，李海三，沈書(shū)乾. 扭曲管性能數(shù)值模擬及公式擬合 [J]. 壓力容器，2015,32（7）：35-40.

［10］ 郭嘉，吳飛，何朝輝. 高壓多級(jí)離心泵口環(huán)密封動(dòng)力學(xué)性能研究［J］. 機(jī)電工程，2015，32（2）：233-236.

［11］ 關(guān)醒凡.現(xiàn)代泵技術(shù)手冊(cè)［M］北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1995.