高仁鵬，李海林，朱狄，納賽爾·熱依木，吳長春

(1.中國石油獨山子石化公司煉油廠加氫聯(lián)合車間；2.中國石油獨山子石化公司煉油廠經(jīng)營管理處；3.中國石油獨山子石化公司煉油廠機動處，新疆 獨山子 833699)

200萬噸/年蠟油加氫裂化裝置以減壓蠟油、焦化蠟油為原料，采用UOP公司的單段一次通過工藝流程，最大限度生產(chǎn)尾油（乙烯料）、航煤、柴油，同時副產(chǎn)輕烴氣體、液化氣、石腦油。操作彈性50%～110%，年開工時數(shù)8400小時。原料油泵采用垂直剖分筒型多級離心泵8WCC15-10，主泵由防爆電機和液力透平聯(lián)合驅(qū)動，備泵由電機單獨驅(qū)動；電機容量為2300kW，液力透平可回收功率約650kW，泵組國外引進。兩臺機泵一開一備，正常生產(chǎn)時主泵運行。

1 加氫裂化裝置進料泵密封結(jié)構(gòu)

200萬噸/年蠟油加氫裂化裝置進料泵P101所輸送的介質(zhì)為原料蠟油（焦化蠟油20%+減壓蠟油80%），溫度為140℃，出口壓力為16．5 MPa，介質(zhì)密度889kg/m3進料泵前采用原料油過濾器對原料油進行反洗過濾過濾精度為20um,反應(yīng)進料泵8WCC15-10密封為進口密封，結(jié)構(gòu)為單端面多彈簧集裝式機械密封，如圖1。密封結(jié)構(gòu)采用PLAN23的沖洗方案，PLAN23沖洗方案是密封腔中的介質(zhì)通過泵效環(huán)從密封腔中流出，經(jīng)過油冷器再返回到密封中，形成自封閉循環(huán),形成封閉的冷卻回路，如圖2。

圖1 機械密封

圖2 PLAN23的沖洗方案

2 加氫裂化裝置進料泵密封失效原因分析

油冷器設(shè)計密封油溫度進/出：149℃/70℃；循環(huán)油量：5 Ltr/min；循環(huán)水量：7 Ltr/min。實際監(jiān)測油冷器密封油溫度進/出105/90℃；循環(huán)水溫度進/出30/31℃。由此可看出該PLAN23的沖洗方案根本沒有起到任何作用。通過幾次檢修期間對進料泵密封的拆檢，發(fā)現(xiàn)有以下幾點問題重復(fù)出現(xiàn)，且現(xiàn)象基本一致，具體如下。

（1）密封壓蓋及軸套O型圈完好、無老化現(xiàn)象。且未發(fā)現(xiàn)從壓蓋或軸套內(nèi)側(cè)泄漏痕跡。

（2）密封動靜環(huán)與軸套之間間隙處以及動靜環(huán)密封墊片處有大量深黑色焦?fàn)钗?，但觀察密封面并沒有明顯的磨損痕跡，由于進料泵入口有原料油過濾器，其過濾精度為20μm，工作運行狀態(tài)一直良好，排除了進入異物的可能。由于介質(zhì)溫度只有140℃，該溫度下不會結(jié)焦，從圖3～7中可以看出初步判斷是由于自沖洗冷卻效果不好，導(dǎo)致密封動靜環(huán)磨擦副熱量累積造成結(jié)焦。

圖3 動環(huán)墊片表面有明顯結(jié)焦物堆積

圖4 動環(huán)密封墊片內(nèi)側(cè)有結(jié)焦物

圖5 動環(huán)表面有明顯結(jié)焦物

圖6 動靜環(huán)結(jié)合處有明顯碳化發(fā)黑現(xiàn)象

圖7 靜環(huán)內(nèi)側(cè)有結(jié)焦物堆積

通過以上情況分析，初步判斷此密封失效的原因可能主要是以下兩個原因造成：

（1）動靜環(huán)密封墊片（摻25%玻璃纖維的聚四氟乙烯）密封效果差，易在波動情況下造成密封墊片泄漏，長時間微量泄漏后，由于熱量無法帶走造成結(jié)焦導(dǎo)致泄漏。

（2）由于密封磨擦副間產(chǎn)生熱量過多，自沖洗冷卻效果不好，造成動靜環(huán)端面因熱量累積，介質(zhì)結(jié)焦導(dǎo)致泄漏。其中，動、靜環(huán)密封圈采用的是橡膠O型圈（在內(nèi)）和摻25%玻璃纖維的聚四氟乙烯墊片（在外）組合使用。聚四氟乙烯墊片與動靜環(huán)端面靠均布的多彈簧推力（壓縮量）來達到密封效果，密封結(jié)構(gòu)示意如圖8。

圖8 密封結(jié)構(gòu)示意圖

圖中標(biāo)注處即為動、靜環(huán)密封墊片及O型圈（1為橡膠O型圈，2為聚四氟乙烯墊片）。由于幾次密封泄漏后拆解檢查均在動、靜環(huán)密封墊片處發(fā)現(xiàn)大量介質(zhì)結(jié)焦碳化堆積現(xiàn)象，尤其以靜環(huán)處為嚴(yán)重，可以初步得出結(jié)論，介質(zhì)可能從動靜環(huán)與密封墊片間泄漏。根據(jù)動靜環(huán)端面介質(zhì)結(jié)焦碳化堆積情況，由于該密封密封介質(zhì)溫度只有140℃，沖洗介質(zhì)冷卻后的沖洗溫度在90～100℃之間，該溫度下不會產(chǎn)生結(jié)焦，因此初步判斷是自沖洗冷卻效果不好，導(dǎo)致密封動靜環(huán)磨擦副熱量累積造成結(jié)焦。造成此原因可能由于泵效環(huán)的循環(huán)能力較弱、沖洗量較小。

3 加氫裂化裝置進料泵密封及沖洗方案改型

為更好的解決密封摩擦副表面結(jié)焦的情況，與國內(nèi)密封廠家研討決定變更進料泵機械密封及沖洗方案。密封廠家設(shè)計該泵密封采用波紋管集裝式機械密封（如圖9），該密封密封特點：靜止式克服設(shè)備軸不對中，耐高溫，波紋管輔助密封保證絕對無泄漏，波紋管在大軸徑下追隨性更加可靠。動環(huán)密封端面采用國產(chǎn)無壓燒結(jié)碳化硅，靜環(huán)密封端面采用優(yōu)質(zhì)耐高溫進口抗起泡石墨，輔助密封圈采用進口柔性石墨，彈性元件采用進口Inconel718，軸套/壓蓋采用國產(chǎn)316不銹鋼，從密封材質(zhì)上有了進一步升級。沖洗方案由目前的PLAN23變更為PLAN32（如圖10），進料泵PLAN32系統(tǒng)用沖洗油由200萬裝置沖洗油壓力控制閥前放空線引出，該沖洗油介質(zhì)為輕柴油、重柴油或航煤（根據(jù)裝置生產(chǎn)方案而定），沖洗油壓力為0．8MPa，溫度為25～50℃。更換密封沖洗方案，密封與泵的連接尺寸不必做任何改動，只需要稍微調(diào)整密封局部結(jié)構(gòu)，把原先的PLAN 23方案的密封循環(huán)油出口堵死，泵效環(huán)結(jié)構(gòu)改造為節(jié)流環(huán)結(jié)構(gòu)即可，改造比較方便。

從外部引入干凈的適宜流體注入密封腔，優(yōu)點能夠提供優(yōu)質(zhì)沖洗液，提高密封壽命。本裝置的沖洗油為重柴油，作為加氫裂化工藝的產(chǎn)品油，其抗爆性能好，穩(wěn)定性強，是優(yōu)質(zhì)的沖洗液，而且柴油流動性好，不會結(jié)焦，能夠解決密封長期結(jié)焦的詬病；泵輸送介質(zhì)流量為220t/h，沖洗油進泵的流量為15L/min，工藝介質(zhì)被稀釋、影響介質(zhì)組分的情況可以忽略，對泵的操作負(fù)荷影響也不大，因此，PLAN 32沖洗方案能滿足工藝操作要求。

圖9 機械密封

圖10 API682 標(biāo)準(zhǔn)PLAN32沖洗方案圖

4 加氫裂化裝置進料泵密封檢修情況分析

表1 2009年開工至今進料泵密封檢修頻率

表2 進料泵改造前密封配件的消耗情況

從表1可以看出，進料泵P-101A/B從開工至今因密封故障檢修共12次。密封失效特點如下：故障前累計運行時間超過1年的1次，6個月至1年的2次，3個月至6個月的有2次，少于3個月的7次。關(guān)鍵機組的頻繁切換，不但對機組本身產(chǎn)生了損失，也降低了機組的使用壽命。同時無論是檢修人員還是車間技術(shù)人員都面臨著壓力。

5 加氫裂化裝置進料泵密封改造前后經(jīng)濟性對比（表2）

該進口密封價格約為12萬元/套，配件包約為8萬元/套。開工至今5年共更換配件價格為密封消耗數(shù)量×密封單價+配件包消耗數(shù)量×配件包單價，13×12+6×8=204萬元。改造后使用國產(chǎn)密封，價格為5萬元/套，預(yù)計壽命12個月，全年檢修費用5萬元，預(yù)計5年內(nèi)配件消耗25萬元，不但大幅度降低了車間的檢修費用，而且也減少了維護單位和車間技術(shù)人員的工作量。

6 結(jié)語

機泵的平穩(wěn)運行是一個裝置能安全、平穩(wěn)、長周期運行的一個前提，加氫裂化裝置反應(yīng)進料泵的運行更是關(guān)鍵中的關(guān)鍵。反應(yīng)進料泵是為整個生產(chǎn)提供原料，一旦進料泵出現(xiàn)問題，不但面臨裝置損壞，更會嚴(yán)重威脅到設(shè)備和人員的安全，這就要求我們基層車間的管理人員和操作人員，在日常的巡檢當(dāng)中要更加細心的檢查進料泵的運行情況，各個參數(shù)出現(xiàn)異常變化要及時分析原因，并在最短的時間將問題消滅在萌芽狀態(tài),這樣才可以保證裝置安全、平穩(wěn)、長周期運行。

[1]楊國安．機械設(shè)備故障診斷實用技術(shù)[M]．中國石化出版社，2010．

[2]顧永泉．機械密封實用技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2011,6-8,356-360．