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        乙烯產(chǎn)品泵/乙烯外送泵機(jī)械密封改造

        2020-08-08 03:35:32周峰中海殼牌石油化工有限公司廣東惠州516086
        化工管理 2020年21期
        關(guān)鍵詞:機(jī)械

        周峰(中海殼牌石油化工有限公司,廣東 惠州 516086)

        0 引言

        中海殼牌石油化工有限公司二期項(xiàng)目乙烯裝置設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬噸/年,裝置采用S&W 公司(目前S&W 公司已被Technip 公司收購)的USC 超選擇性裂解爐和前脫丙烷前加氫工藝流程,其分離單元乙烯精餾塔與乙烯制冷壓縮機(jī)組成開式熱泵系統(tǒng),乙烯產(chǎn)品泵作用是將熱泵系統(tǒng)中的液相乙烯采出送至乙烯產(chǎn)品罐區(qū)。乙烯外送泵作用是將乙烯產(chǎn)品罐區(qū)的液相乙烯送至乙烯氣化器,氣化后的乙烯再送至下游HDPE/LLDPE/EOEG 裝置。乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵在一年時(shí)間里機(jī)械密封發(fā)生數(shù)次失效泄漏,中控DCS 報(bào)警或現(xiàn)場工藝巡檢發(fā)現(xiàn)后,切至備用泵運(yùn)行,并對泄露泵斷電隔離倒空,掛牌上鎖后由維修團(tuán)隊(duì)進(jìn)行維修機(jī)封,對裝置的安全可靠性以及經(jīng)濟(jì)性都產(chǎn)生了重大影響,因此對泵機(jī)械密封進(jìn)行改造。

        1 設(shè)備信息

        乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵均為VS6 多級立式筒袋泵,輸送介質(zhì)為液相乙烯,工作溫度為-33℃。乙烯產(chǎn)品泵為大連深藍(lán)泵業(yè)有限公司生產(chǎn),額定吸入壓力為1.74MpaG,排出壓力為2.18MpaG,揚(yáng)程為102m,額定流量為360m3/h。乙烯外送泵為FIOWSERVR 生產(chǎn),額定吸入壓力為1.68MpaG,排出壓力為4.10MpaG,揚(yáng)程為560m,額定流量為155m3/h。具體輸送液相乙烯介質(zhì)組成如表1 所示。

        表1 液相乙烯介質(zhì)組成表

        乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵機(jī)械密封均采用串聯(lián)式雙端面機(jī)械密封,API 密封沖洗形式為PLAN14+72+76+62 方案。一級機(jī)械密封PLAN14(11+13)采用液相乙烯作為沖洗介質(zhì),PLAN11 沖洗介質(zhì)從泵出口引出對機(jī)械密封摩擦副進(jìn)行沖洗冷卻并帶走產(chǎn)生熱量。多級立式筒袋泵密封腔處于泵腔最高處,泵內(nèi)有氣會堆積在密封腔,大量氣體堆積會導(dǎo)致摩擦副干磨進(jìn)而密封失效。PLAN13 沖洗介質(zhì)從密封腔回到泵入口,密封腔壓力大于泵入口壓力產(chǎn)生沖洗效果,PLAN13 的使用有利于密封腔內(nèi)堆積氣體回到入口管線,進(jìn)行連續(xù)排氣并帶走產(chǎn)生熱量[1]。二級干氣密封為帶螺旋槽的串聯(lián)式密封,PLAN72+76利用外引氮?dú)膺M(jìn)行沖洗與吹掃,少量氮?dú)馔ㄟ^干氣密封端面漏出,大量氮?dú)膺M(jìn)入泄露腔后排火炬。最外端為PLAN62 氮?dú)膺B續(xù)吹掃,防止密封與軸低溫結(jié)冰抱軸。

        一級機(jī)械密封失效,高壓的液相乙烯進(jìn)入二級干氣密封腔并氣化,干氣密封腔壓力明顯升高,外引氮?dú)饬髁拷档颓遗呕鹁媪髁吭龃蟆6壐蓺饷芊馐?,二級氮?dú)饬髁繒黠@增大。中控DCS 設(shè)有火炬壓力、氮?dú)饬髁?、氮?dú)鈮毫?bào)警用來遠(yuǎn)程監(jiān)控機(jī)泵密封運(yùn)行情況,機(jī)泵機(jī)封刨面如圖1 所示。

        2 原因分析

        對乙烯產(chǎn)品泵損壞機(jī)械密封進(jìn)行拆解檢查,發(fā)現(xiàn)一級密封動環(huán)面磨損嚴(yán)重,靜環(huán)面有熱裂紋,密封軸套上有多處石墨粉。這是高溫造成的密封失效,密封面潤滑不足發(fā)生干磨。密封腔需要一定壓力余量抑制乙烯汽化,確保密封面液膜穩(wěn)定,但PLAN11 沖洗孔板過小,直徑僅為3mm,不能保證密封正常運(yùn)行的沖洗需要。且PLAN13 循環(huán)回路無限流孔板,導(dǎo)致密封腔泄壓過快,介質(zhì)在密封腔動環(huán)端面附近汽化,密封端面干摩,密封失效泄漏。PLAN11 沖洗孔板尺寸是根據(jù)泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程102m 計(jì)算而來,實(shí)際工藝介質(zhì)出入口壓差為0.444Mpa,導(dǎo)致PLAN11沖洗介質(zhì)進(jìn)入密封腔流量偏低,計(jì)算流量僅為7.2L/min。

        乙烯外送泵機(jī)封多次泄漏,皆為機(jī)封磨損,部位為串聯(lián)機(jī)封的內(nèi)側(cè)機(jī)封,現(xiàn)象為石墨動環(huán)磨損嚴(yán)重,碳化硅靜環(huán)過熱有開裂紋,靜環(huán)丁腈密封圈過熱碳化[2]。初步懷疑泵長時(shí)間在小流量下運(yùn)行,密封沖洗不足導(dǎo)致密封面干磨,避免此工況運(yùn)行后仍發(fā)生密封泄漏。此次泄露觀察到軸套竄動現(xiàn)象,密封面比壓增大,停泵后動環(huán)上軸向推力變小,密封力不足發(fā)生泄漏。對機(jī)封軸套定位螺釘做專項(xiàng)檢查發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)緊力不足,將鎖緊螺釘扭矩值從4Nm 提高至12Nm。改造后軸套未竄動但密封再次泄露,測試密封腔壓力為4.1MPa,排除密封腔汽化問題。最終與廠家開會討論判斷一級密封實(shí)際冷卻量不足,是造成機(jī)封過熱磨損的主要原因。

        圖1 機(jī)封刨面圖

        3 改造方案

        乙烯產(chǎn)品泵:經(jīng)與泵廠、密封廠討論制定改進(jìn)方案,取消PLAN11 沖洗管線孔板,避免沖洗介質(zhì)進(jìn)入泵密封腔流量偏低,計(jì)算沖洗流量從7.2L/min 增大至12L/min,PLAN13 出口孔板內(nèi)孔由13mm 改為4mm,保證密封腔壓力穩(wěn)定。同時(shí)對工藝操作法進(jìn)行修改,灌泵過程中避免充壓過快,高壓差沖擊機(jī)械密封導(dǎo)致泄漏,同時(shí)規(guī)定PLAN13 管線上總閥1 與回泵入口閥門2 常開,在泵運(yùn)行狀態(tài)時(shí)機(jī)封排氣閥門3 開度為10~15%,在泵備用狀態(tài)時(shí)機(jī)封排氣閥門3 為關(guān)閉,具體機(jī)封改造如圖2 所示。

        乙烯外送泵:聯(lián)系密封廠家對一級密封沖洗流量進(jìn)行重新核算,取消PLAN13 出口靠近機(jī)封側(cè)3mm 孔板,沖洗量從原設(shè)計(jì)15.8L/min 增大到28L/min,增強(qiáng)機(jī)封冷卻能力。對機(jī)封內(nèi)部件材質(zhì)進(jìn)行升級,將機(jī)械密封一級密封石墨環(huán)材質(zhì)由GE 石墨改為RY 優(yōu)質(zhì)抗泡疤浸銻石墨,導(dǎo)熱性更好,強(qiáng)度更高,將所有的靜密封墊O 型圈材質(zhì)由X614 丁睛橡膠更換為變形率僅為6%的GS 丁睛橡膠。同時(shí)將二級干氣密封入口壓力由設(shè)計(jì)值100KPa 提高至235KPa,大量排火炬時(shí)火炬管網(wǎng)壓力升高至>100KPa,提高入口壓力將避免干氣密封干磨損壞。

        圖2 機(jī)封改造圖

        4 結(jié)語

        乙烯產(chǎn)品泵與乙烯外送泵機(jī)械密封改造完成至今已正常運(yùn)行超過一年,未再發(fā)生過密封泄漏事件,避免了機(jī)封泄漏引起乙烯外漏的風(fēng)險(xiǎn)。通過對泄露機(jī)械密封解體檢查,分析原因并有針對性進(jìn)行改造,從根本上解決了機(jī)封頻繁失效的問題,提高了機(jī)泵的使用壽命,保證了設(shè)備的運(yùn)行可靠性,為裝置的安全平穩(wěn)長周期運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

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