黃祖國

(中國石化銷售華中分公司，湖北武漢 430010)

我國成品油管道運輸是伴隨著煉油工業(yè)的發(fā)展而壯大的。由于具有一次性投資少、運輸成本低、安全性高、環(huán)境友好、自動化程度高等獨特優(yōu)勢，正逐步成為成品油運輸?shù)闹匾矫妗?/p>

在日常的輸油生產(chǎn)運行中，輸送設(shè)備泄漏故障常常成為影響成品油輸送安全平穩(wěn)運行的制約因素。其中輸油泵和閥門是成品油輸送設(shè)備中泄漏故障率較高的關(guān)鍵設(shè)備。本文以成品油輸送管道上應(yīng)用最多的多級離心輸油泵及球閥、平板閘閥為分析對象，進行深入研究和探討。

1 存在問題及原因分析

1.1 輸油泵泄漏

輸油泵是成品油輸送設(shè)備中最為關(guān)鍵的動力設(shè)備。其設(shè)備本體的泄漏主要表現(xiàn)為機械密封故障引起的輸送介質(zhì)泄漏及軸承箱隔離器故障引起的潤滑油泄漏。其中，機械密封泄漏會產(chǎn)生嚴(yán)重的安全隱患，隔離器泄漏將導(dǎo)致輸油泵運轉(zhuǎn)部件潤滑不暢、軸承溫度超標(biāo)從而聯(lián)鎖停機。

1.1.1 輸油泵機械密封泄漏

成品油輸油泵機械密封從運行壓力及安裝部位上可分為高壓端機械密封和低壓端機械密封兩種。造成離心泵機械密封泄漏的原因很多，比如設(shè)計選材、結(jié)構(gòu)安裝、密封端面損傷、動平衡破壞等。而對于成品油輸油泵機械密封而言，除常見的泄漏故障原因外，結(jié)合筆者所在企業(yè)近年來的機械密封泄漏故障情況統(tǒng)計分析結(jié)果，主要原因包括:機械密封抱軸器松動、機械雜質(zhì)堵塞復(fù)位彈簧、O型密封圈損壞等。

a)抱軸器松動。部分進口輸油泵自投用以來，均不同程度發(fā)生過機械密封泄漏，而且發(fā)生了多起因抱軸器松動造成的密封泄漏，每次緊固抱軸器后再運轉(zhuǎn)一段時間就因再次松動而泄漏，說明原裝進口機封的單楔形抱軸器抱緊效果較差。

圖1 部分機械密封抱軸器結(jié)構(gòu)示意

b)機械雜質(zhì)堆積。通過解體機械密封內(nèi)部結(jié)構(gòu)，發(fā)現(xiàn)幾乎所有的機械密封靜環(huán)座預(yù)緊彈簧內(nèi)均有不同程度的機械雜質(zhì)堆積，嚴(yán)重影響彈簧的復(fù)位彈力，甚至出現(xiàn)個別彈簧銹蝕現(xiàn)象。c)密封部件失效。動靜環(huán)O型圈在經(jīng)過一段時間的使用后出現(xiàn)塑性變形，受壓后無法復(fù)原。

1.1.2 輸油泵隔離器泄漏筆者所在企業(yè)大多數(shù)輸油站場采用的是某泵廠生產(chǎn)的GKS系列兩端支撐水平剖分式離心泵。隔離器故障是輸油泵較常見故障之一，也是更換頻繁易損件，有的隔離器更換后甚至不到2個月就發(fā)生泄漏。主要的故障類型就是漏油，導(dǎo)致軸承箱油位下降較快，不僅會造成現(xiàn)場積油嚴(yán)重，甚至?xí)?dǎo)致燒軸承的事故發(fā)生。

如圖2所示，目前輸油泵軸承箱使用的隔離器主要由內(nèi)環(huán)、外環(huán)兩部分組成，工作狀態(tài)時，內(nèi)環(huán)隨泵軸旋轉(zhuǎn)，外環(huán)靜止。

圖2 輸油泵軸承箱隔離器

根據(jù)現(xiàn)場處理故障時的檢查發(fā)現(xiàn)，造成隔離器頻繁泄漏主要有以下幾個原因。

a)O型圈的材質(zhì)問題。拆開故障隔離器檢查，發(fā)現(xiàn)隔離器采用的是丁腈橡膠材質(zhì)的O型圈，而丁腈橡膠并不耐油，使用一段時間后會出現(xiàn)明顯的發(fā)脹現(xiàn)象，導(dǎo)致密封失效。

b)隔離器加工精度問題。測量新的隔離器與泵軸間的配合間隙，最大的0.8～1 mm，而隔離器的配合間隙最大不應(yīng)超過0.5 mm，間隙大就會造成泄漏量大。隔離器示意見圖3。

c)隔離器設(shè)計問題。隔離器油槽沒有設(shè)計回油孔，油槽油滿后，油回不到油箱，順著間隙泄漏，造成漏油。

1.2 閥門泄漏

閥門是成品油管道輸送系統(tǒng)中的控制部件，泄漏的主要表現(xiàn)形式為閥體內(nèi)漏。在日常生產(chǎn)運行中，部分閥門的內(nèi)漏故障嚴(yán)重困擾和影響著正常的輸油生產(chǎn)，對成品油管道的安全調(diào)控及油品質(zhì)量控制的影響極大。

成品油管道常用的閥門從結(jié)構(gòu)形式上區(qū)分主要包括球閥和閘板閥。近年來，部分輸油站場閥門內(nèi)漏情況嚴(yán)重，在拆檢更換下來的故障閥門時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致閥門內(nèi)漏的主要原因均為機械雜質(zhì)堆積導(dǎo)致的閥門密封面損傷或者閥座密封復(fù)位受阻。具體情況如下。

a)閥門進出口固體殘留物堆積。內(nèi)漏閥門從管道拆卸下來后發(fā)現(xiàn)，其進出口兩端底部均有明顯的固體雜質(zhì)殘留物，且進口端比出口端多。固體殘留物有鐵銹渣、砂礫及污泥等，有的大顆粒砂礫直徑達(dá)10 mm，部分閥門進口端堆積的固體殘留物量超過1 kg。閥門解體后，其底部支撐板以下空間至排渣口幾乎全部充滿固體殘留物，固體殘留物主要有鐵銹渣、砂礫及污泥，見圖4。

b)密封面局部破損，密封結(jié)構(gòu)破壞。閥門閥座部分:閥座密封面有局部損壞情況(圖5a))，密封面預(yù)緊彈簧及彈簧座均被固體殘留物塞滿(圖5b))，移動調(diào)整受限。球體表面涂層存在局部脫落(圖5c))，球體中部有明顯的劃痕(圖5d))，閘板表面劃傷(圖5e))。

c)密封部件潤滑失效。閥體注脂口及腔體內(nèi)殘存的潤滑脂固化和變質(zhì)(圖5f))。

d)閥門排渣口堵塞。閥門排渣口的入口處往往因固體殘留物堆積過多，且已板結(jié)成塊，完全無法正常排渣。排渣閥泄壓口同樣因固體堆積物堵塞，無法實現(xiàn)功能。

2 解決方案及關(guān)鍵技術(shù)

2.1 輸油泵機械密封改進

根據(jù)生產(chǎn)運行中發(fā)現(xiàn)的機械密封泄漏原因，與國內(nèi)某專業(yè)機械密封生產(chǎn)廠家進行合作研發(fā)，改進結(jié)構(gòu)設(shè)計，合理選用適合成品油介質(zhì)的密封材料，重新定型一款成品油輸油泵專用型的機械密封，見圖6。

圖6 輸油泵機械密封改進示意

a)動環(huán)密封座與軸套一體化設(shè)計。由于成品油輸油泵運行壓力都比較高，將動環(huán)密封座與軸套設(shè)計為一體式，減少動環(huán)座與軸套間的靜密封泄漏點，同時也保證了動環(huán)與主軸的垂直度、動環(huán)的定位和形位公差精度，從而保證密封斷面的密封性。

b)抱軸器改為了雙楔形結(jié)構(gòu)。針對原進口機封軸套抱軸器在運轉(zhuǎn)一段時間后容易松動的情況，國產(chǎn)化后的機封將原來的單楔形抱軸器改為了雙楔形結(jié)構(gòu)，保證了軸套與軸的抱緊度，改善了傳動效果，從而也保證了機封更平穩(wěn)的運行。

c)將動環(huán)和靜環(huán)進行加厚設(shè)計，提高抗高壓的強度和穩(wěn)定性。靜環(huán)輔助密封圈采用彈性蓄能C形圈，C形圈是近年來在密封領(lǐng)域不斷得到應(yīng)用的一種復(fù)合形式的密封圈，能提高抗高壓強度和抗機械擠壓性能。

2.2 輸油泵隔離器創(chuàng)新

a)隔離器結(jié)構(gòu)改進設(shè)計。如圖7所示，改造后的隔離器將原來的內(nèi)、外環(huán)式的隔離器設(shè)計為一個整體，從而減少了內(nèi)外環(huán)配合處的漏點。另外內(nèi)圈采用疏齒迷宮密封的結(jié)構(gòu)形式改變之前采用O圈密封的方式。在靠近軸承箱的內(nèi)側(cè)鉆若干回油孔，保證潤滑油能正?；亓?。

b)隔離器O型圈改為全氟醚橡膠材料。

圖7 改進后隔離器結(jié)構(gòu)圖以及局部示意

c)提高安裝精度。隔離器安裝前，先檢查轉(zhuǎn)子與軸承箱的同軸度，同軸度控制在0.05 mm以內(nèi)，檢查密封齒與軸間隙應(yīng)控制在(1.5～2)D‰，O型圈涂抹潤滑油，安裝時增加潤滑性。O型圈的安裝位置應(yīng)錯開軸承壓蓋的倒角。

2.3 閥門內(nèi)漏應(yīng)對措施

通過對各類內(nèi)漏故障閥門的解體檢查，發(fā)現(xiàn)閥門內(nèi)部機械雜質(zhì)特別是鐵銹堆積是產(chǎn)生閥門內(nèi)漏的主要原因。通過與相關(guān)閥門生產(chǎn)商技術(shù)人員多次探討，對閥門結(jié)構(gòu)進行了部分設(shè)計改進。

2.3.1 平板閘閥內(nèi)漏應(yīng)對措施

a)閥座采用防塵結(jié)構(gòu)設(shè)計。閘板結(jié)構(gòu)與閥座底部彈簧位的防塵。半導(dǎo)流孔平板閘閥閥門長期處于開啟位置時，閥座密封圈部分暴露在介質(zhì)中，介質(zhì)長期沖刷，同時密封圈受力不均勻，密封圈易損壞。全開時流道中的雜質(zhì)易在底部沉積，將原有半導(dǎo)流孔結(jié)構(gòu)調(diào)整為全導(dǎo)流孔結(jié)構(gòu)(圖8)，有效避免了上述現(xiàn)象。

閥座底部彈簧孔位置沉積雜質(zhì)，導(dǎo)致閥座不能回位，閥座密封面與閘板密封面成一定夾角，密封面不平行，閘板啟閉過程中軟密封圈易切傷。閥座防塵在原有結(jié)構(gòu)上增加防塵圈(圖9)。

圖8 導(dǎo)流孔改進示意

圖9 閥座防塵圈示意

b)密封面采用耐磨設(shè)計、組合搭配設(shè)計。閘板材料35CrMo表面氮化處理，提高閘板的耐磨耐擦傷性能。閥體安裝閥座位置進行防腐蝕堆焊，防止密封部位銹蝕致使閥座背面產(chǎn)生泄漏。密封圈采用PEEK和橡膠組合，有效提高了環(huán)境適應(yīng)性。PEEK材料強度高，具有優(yōu)異的耐磨性，橡膠材料具有良好的彈性和密封性能。同時，在開關(guān)過程中，PEEK閥座密封圈起到對閘板面的刮掃作用，為橡膠密封起到保護，形成搭配組合密封，降低內(nèi)漏的風(fēng)險。

c)閥座注脂系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。原有結(jié)構(gòu)為緊急情況下注脂困難，注脂不均勻。解決方案:增加注脂閥數(shù)量，由原來的單面2個調(diào)整為雙面共4個(圖10)并增大注脂通道尺寸，密封脂能有效均勻到達(dá)密封面。

圖10 注脂口增加示意

d)閥門自沖洗設(shè)計。閥體底部進行改進，傾斜的沉渣底部更有利于雜質(zhì)的排出。增大排污口尺寸并安裝排污球閥，方便排污操作(圖11)。

閥門提供兩種沖洗方式，以便現(xiàn)場根據(jù)實際情況進行操作。內(nèi)沖洗方式適用于管道上游內(nèi)帶一定壓力時使用，外沖洗方式一般適用于停輸時使用(圖12)。

圖11 閥體底部改進示意

圖12 閥門沖洗方式

2.3.2 球閥內(nèi)漏應(yīng)對措施

a)閥座采用防塵防渣結(jié)構(gòu)設(shè)計。管道中長期存在著雜質(zhì)，而閥座底部彈簧孔和活塞密封圈位置易沉積雜質(zhì)，雜質(zhì)進入彈簧間隙或閥座背部間隙，導(dǎo)致閥座被頂死而不能回位。為避免雜質(zhì)造成這樣的影響，必須要有有效的措施進行防治，可行的辦法是在原有結(jié)構(gòu)上增加組合式防塵圈(圖13)。

圖13 組合式防塵圈示意

b)采用四閥座設(shè)計。對于閥座設(shè)計，引用了國內(nèi)某知名廠家的四閥座結(jié)構(gòu)設(shè)計。采用四閥座結(jié)構(gòu)，形成隔離密封陣列，每一道閥座均可實現(xiàn)獨立密封;球體材料表面進行化學(xué)鍍鎳磷合金硬化處理，提高球面的耐磨耐擦傷性能。閥體安裝閥座位置進行防腐蝕堆焊，防止密封部位銹蝕引起從閥座背面產(chǎn)生泄漏。

c)閥座注脂系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計。增加注脂閥數(shù)量由原來的單面2個調(diào)整為雙面共4個，并增大注脂通道尺寸，密封脂能有效均勻到達(dá)密封面。

d)閥門自沖洗設(shè)計。閥腔采用凹形設(shè)計，在閥腔底部形成收集雜質(zhì)的釜底形結(jié)構(gòu)，使各類雜質(zhì)能更容易的及時排凈，避免拐角處積存較多的殘留物，導(dǎo)致在下一次開關(guān)過程中被再次揚起而積聚并損傷閥門的密封(圖14)。

圖14 閥門自沖洗設(shè)計

3 結(jié)語

通過對上述成品油輸送管道關(guān)鍵設(shè)備的改進，并在部分站場投入實際生產(chǎn)運行以來，設(shè)備泄漏故障明顯降低，輸油生產(chǎn)平穩(wěn)運行周期大為延長，取得了較好的經(jīng)濟效益和社會效益。