孫博 于明 李長喜 姜冰 趙林

摘? ? ? 要：分析了急冷油泵機械密封損壞的原因，介紹了機械密封及系統(tǒng)方案和雙端面機械密封運行原理，針對性的提出了解決措施。機械密封系統(tǒng)改造后機泵運轉(zhuǎn)可靠性得到提升，保證了機泵長周期穩(wěn)定運行。

關(guān)? 鍵? 詞：方案;改造;機械密封;運行

中圖分類號：TQ 221.21+1? ? ? 文獻標(biāo)識碼： A? ? ?文章編號： 1671-0460（2019）10-2396-04

Abstract： The cause of mechanical seal damage of quench oil pump was analyzed. Mechanical seal and its system scheme were introduced as well as the operation principle of double end-face mechanical seal， and some solutions were put forward. After the mechanical sealing system was reformed， the reliability of the pump operation was improved to ensure the long-term stable operation of the pump.

Key words： Scheme; Renovation; Mechanical seal; Running

某80萬t/a乙烯裝置采用美國 S&W 公司專利技術(shù)。乙烯裝置裂解單元有1臺USC-12M 型式的氣體裂解爐和7臺USC-176U 型式的液體裂解爐，SW公司的專利波紋塔盤應(yīng)用到急冷油塔和急冷水塔中，該塔盤優(yōu)點在于性能高效、流通量較大、壓力降較小、不容易結(jié)焦、運行時間長的特點。制冷分離單元采取了前脫丙烷前加氫流程，高低壓塔脫丙烷，乙烯精餾塔和乙烯制冷壓縮機組成開式熱泵系統(tǒng)，并應(yīng)用了S&W 公司最新開發(fā)的HRS乙烯分離熱集成精餾技術(shù)。

急冷油塔塔底的急冷油利用急冷油循環(huán)泵抽出，經(jīng)過自動刮渣過濾器過濾，除去大于2 mm的焦粒后，進入急冷油管路，急冷油管路有三股回路：第一股通過稀釋蒸汽發(fā)生器急冷油再沸器對工藝水加熱實現(xiàn)急冷油的冷卻，同時回收急冷油的高品位熱能以發(fā)生稀釋蒸汽;第二股急冷油進入重燃料油汽提塔，利用高壓蒸汽及裂解氣進行汽提減黏;第三股急冷油到急冷器中，對廢熱鍋爐出來的裂解氣進行油冷卻。見圖1急冷油流程示意圖。從工藝生產(chǎn)系統(tǒng)中可以看出，急冷油泵能否長周期安全平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，關(guān)系到整個乙烯裝置是否能平穩(wěn)運行，同時

也關(guān)系到該廠的經(jīng)濟效益。

1? 急冷油泵簡介

1.1? 急冷油泵有關(guān)參數(shù)

該乙烯裝置急冷油循環(huán)泵采用單級雙吸兩端支

承徑向剖分式離心泵，日本FLOWSERVE公司生產(chǎn)，A泵由透平驅(qū)動，B/S泵由電機驅(qū)動，型號為16HQS-356，出口壓力為1.1MPa，設(shè)計的正常/額定流量為2 531/3 037.5 m3/h，揚程為100.61 m，轉(zhuǎn)速為980 r/min，機泵密封方案為PLAN32+62方案，機械密封由德國博格曼公司生產(chǎn)，泵的設(shè)計參數(shù)與操作參數(shù)見表1。

從表1可以看出，急冷油循環(huán)泵入口壓力為0.15 MPa，對雙支承泵出口端密封腔處壓力稍高，為0.6～0.9 MPa。入口壓力低，密封腔壓力也很低，容易形成工藝性抽空、氣蝕機械密封故障 [1];急冷油在工作溫度下黏度為95.36 mm2/s（50 ℃），黏度大容易造成波紋管斷裂現(xiàn)象;急冷油中含有雜質(zhì)，極易造成密封端面劃傷及波紋管失彈;此外急冷油含有一定的腐蝕性，極易造成腐蝕泄漏。

1.2? 急冷油泵故障情況

該泵開車投用運轉(zhuǎn)后出現(xiàn)過多次故障，故障現(xiàn)象全都是驅(qū)動端和非驅(qū)動端軸承出現(xiàn)落架，滾動體嚴(yán)重磨損，支撐架破碎、喉部襯套與軸套發(fā)生剮蹭咬合、主軸與機械密封軸套刮磨、機械密封出現(xiàn)泄漏等。見圖2。

1.3? 急冷油泵故障原因分析

由于急冷油的特殊性，這臺泵沒有采用串聯(lián)密封，而是采用API682C 型標(biāo)準(zhǔn)密封，沖洗采用32+62 的方案，解決急冷油雜質(zhì)多、低溫下黏度大的問題。由于泵的介質(zhì)雜質(zhì)較多，設(shè)計顆粒直徑最大為25 mm，在口環(huán)和密封設(shè)置了沖洗，沖洗油采用盤油，保證密封的正常工作，用低壓蒸汽作為密封的急冷介質(zhì)，這樣在正常工作時，低壓蒸汽可以降低急冷油的溫度，保證密封在一個合理的工作環(huán)境中運行，在泵備用時，低壓蒸汽也可以用來加熱密封腔中的急冷油，保證急冷油不冷凝，如果密封腔的急冷油冷凝，會導(dǎo)致波紋管失去彈性，失去了補償能力，會引起密封泄漏，急冷油冷凝，在泵啟動時，會因為啟動扭矩過大導(dǎo)致密封損壞。

但在設(shè)計62方案時，低壓蒸汽沒有蒸汽流通限流設(shè)施，只能通過管道上的閘閥調(diào)節(jié)蒸汽量，在閘閥開度稍大的情況下，蒸汽流量存在過大現(xiàn)象，過量的蒸汽容易通過油封串入軸承箱導(dǎo)致潤滑油油水混合造成潤滑油乳化，進而導(dǎo)致軸承潤滑效果不好，軸承磨損，滾動體落架。軸承落架后，整個轉(zhuǎn)子失去了支撐點，在泵體內(nèi)的中心位置發(fā)生了偏移，旋轉(zhuǎn)過程中出現(xiàn)了金屬之間的摩擦，導(dǎo)致喉部襯套與軸套發(fā)生咬合，泵軸磨損、機械密封動環(huán)碎裂，發(fā)生急冷油外漏。見圖3。

2? 存在問題

急冷油泵是否能長周期安全平穩(wěn)運行，機械密封是關(guān)鍵因素，從上面的原因分析來看，機械密封采用32+62方案，一旦操作疏忽，低壓蒸汽量過大就會造成軸承箱內(nèi)部潤滑油乳化，軸承容易落架，存在較大隱患。并且急冷油泵輸送介質(zhì)最高運行溫度大于200 ℃，屬于高溫?zé)嵊捅霉芾矸懂?，采用單端面機械密封，其主要泄漏點在動靜環(huán)端面上，單端面密封只有一個端面，見圖4，一旦密封泄漏，高溫的急冷油就會泄漏到環(huán)境中，不僅會導(dǎo)致機泵故障，污染環(huán)境，甚至?xí)?、爆炸，造成人身傷亡。因此急冷油泵密封改造勢在必行?/p>

3? 急冷油泵機械密封改造

3.1? 高溫?zé)嵊皖惷芊獾倪x型

3.1.1? 選型基本要求

高溫?zé)嵊捅妹芊鈶?yīng)采用符合API682-2004規(guī)定的背靠背、面對面、面對背有壓雙端面密封，特殊情況可考慮選用面對背無壓雙端面密封[1]。

3.1.2? 沖洗方案的選擇

高溫?zé)嵊捅玫碾p密封可根據(jù)現(xiàn)場實際情況選擇P21（23、32）+53A（B）、P21（23、32）+54或P21（23、32）+74;無壓雙密封結(jié)構(gòu)（即P52方案）需保證排放的安全性。介質(zhì)含有固體顆粒等容易對密封造成破壞，采用P32外沖洗;介質(zhì)較潔凈的可采用P21（23）自沖洗或P32外沖洗。

3.1.3? 密封形式和材質(zhì)的選擇

高溫泵密封彈性元件推薦采用耐高溫金屬波紋管，根據(jù)介質(zhì)的腐蝕特性和溫度選用不同材質(zhì)金屬波紋管。

3.2? 高溫?zé)嵊皖惷芊獾姆桨复_定

參照上述密封方案和選型要求及其他兄弟單位對該泵的改造經(jīng)驗，最終采用P32+53A密封方案。

該方案及選型特點是，內(nèi)側(cè)密封為主密封，它承受密封罐封液與PLAN32沖洗液之間的壓差，密封結(jié)構(gòu)采用靜止型波紋管，設(shè)計合理，內(nèi)側(cè)密封采用PLAN32沖洗方案，即外部接封油管線，外側(cè)密封作為內(nèi)測密封的輔助密封，可以起到對內(nèi)側(cè)密封的保護作用。密封罐中密封液的壓力作用在外側(cè)輔助密封上，所以外側(cè)附屬密封同樣也選擇了金屬波紋管密封。外側(cè)附屬密封選用P53A方案，潔凈的高純度氮氣引入密封罐中升壓，一直升到比PLAN32方案中沖洗液的壓力高0.14～0.41 MPa為止。當(dāng)主密封失效時，外側(cè)密封可以在有限的時間內(nèi)起到密封的作用，有足夠的時間切換設(shè)備，保證工藝介質(zhì)不會大量泄漏到大氣中[2-5]。

內(nèi)側(cè)主密封或外側(cè)密封正常使用時，會有微量泄漏，機泵經(jīng)過一段時間的運行后，密封罐里的密封液體因泄漏逐漸變少，密封液減少到液位開關(guān)浮球位置時，液位開關(guān)會發(fā)出報警信號，這時需要用柱塞泵往密封罐中補充密封液，當(dāng)密封液補充到正常液位時，機械密封就可以保證正常的運行。正常運轉(zhuǎn)時，當(dāng)巡檢發(fā)現(xiàn)密封罐液位低于標(biāo)準(zhǔn)液位刻度線較多時，也需要用柱塞泵帶壓補液。

當(dāng)密封罐封液壓力下降到設(shè)定值時，壓力開關(guān)會低報警，此時需再用氮氣加壓，以保證設(shè)備正常運行。

當(dāng)內(nèi)側(cè)主密封失效時，會造成密封罐中的密封液向泵腔內(nèi)泄漏，密封液液位下降，密封罐中的氮氣壓力下降，一直降到報警值以下，液位開關(guān)和壓力開關(guān)發(fā)出報警信號，密封罐頂部壓力表數(shù)值與泵密封腔內(nèi)壓力一致，可判斷主密封失效，需要將泵停止運行，更換新的機械密封。

外側(cè)輔助密封因運行介質(zhì)潔凈，工況穩(wěn)定，不容易損壞，假如外側(cè)輔助密封失效，會造成空氣側(cè)有白油漏出，滴落在泵基礎(chǔ)臺板上，同時密封罐中密封液液位下降，密封罐中的氮氣壓力下降，一直降到報警值以下，液位開關(guān)和壓力發(fā)出報警信號，密封罐中的氮氣壓力會降至常壓，密封罐頂部壓力表數(shù)值為0，需要將泵停止運行，更換新的機械密封。見圖5。

3.3? 機械密封和系統(tǒng)改造的注意事項

PLAN32 方案中需要提供品質(zhì)穩(wěn)定的外沖洗液，溫度：≤80 ℃壓力：高于密封腔壓力0.1～0.2 MPa;流量：≥8 L/min。

PLAN53A中應(yīng)為系統(tǒng)提供穩(wěn)定的氮氣壓力源并滿足高于密封腔介質(zhì)壓力的0.14～0.41 MPa。

PLAN53A中為儲液罐提供循環(huán)冷卻水，溫度<40 ℃，壓力<0.8MPA，流量25～30 L/min。

PLAN53A中的液位開關(guān)和壓力開關(guān)需要引入DCS系統(tǒng)中，將采集的數(shù)據(jù)用在DCS實現(xiàn)遠程監(jiān)控及體現(xiàn)報警信息。

PLAN53A中應(yīng)為儲液罐提供耐高溫白油或理化性能相近的潤滑油。

PLAN53A輔助系統(tǒng)，需根據(jù)現(xiàn)場實際情況安裝罐體及所有緩沖介質(zhì)的管線不銹鋼，并且現(xiàn)場彎制到位后組焊。

4? 改造效果

通過機械密封方案的改造，延長了該泵的使用壽命，滿足裝置長周期運行的需求，檢修周期從1 a增長到2 a左右，機泵平均維修間隔時間MTBF由122升上到141。

由于原Plan62方案取消，沒有密封蒸汽的通入，該泵驅(qū)動端和非驅(qū)動端的軸承箱內(nèi)潤滑油經(jīng)過檢測含水量為0，徹底解決了因潤滑油乳化破壞油膜而降低了軸承的潤滑油效果，增大部件之間的摩擦，引起軸承落架的問題。

提高了機械密封運行的可靠性，根除了主密封失效急冷油泄漏到大氣中的安全隱患。而且改善了因密封蒸汽的通入，凝結(jié)水伴隨急冷油滴落到泵基礎(chǔ)臺板上造成現(xiàn)場環(huán)境衛(wèi)生低標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)象，也減輕了清理衛(wèi)生的勞動強度。

因泵的運行壽命延長，檢維修頻次減小，避免了急冷油的損耗，降低了人工維修成本，節(jié)省了設(shè)備備件更換費用，每年大約可節(jié)省的經(jīng)濟效益達60萬元。

5 ?結(jié) 論

急冷油泵采用P32+53A密封方案，采用背靠背串聯(lián)高溫金屬波紋管密封，開機連續(xù)運轉(zhuǎn)72 h，白油系統(tǒng)循環(huán)正常，密封罐白油進口溫度60 ℃，出口溫度50 ℃，進出口溫度差達到10 ℃，液位始終保持在75%～85%之間，壓力穩(wěn)定在0.6 MPa，機封運轉(zhuǎn)至今已有一個月驅(qū)動端和非驅(qū)動端密封運行狀態(tài)良好，沒有出現(xiàn)一級或二級密封泄漏現(xiàn)象。

參考文獻：

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