郭慶峰

（中國石油大慶煉化公司，黑龍江大慶 163411）

0 引言

某煉化公司動力裝置配置6 臺燃料油泵，是為鍋爐提供燃料供應的主要轉動設備。近年來，根據(jù)公司生產(chǎn)結構調整，經(jīng)過煉油裝置提煉后的油漿作為鍋爐的主要燃料，燃料油泵輸送的介質也由渣油改為油漿。由于油漿內含有催化劑類顆粒性雜質，機械密封因雜質堆積造成彈性失效而頻繁泄漏。據(jù)統(tǒng)計，該類機泵的機械密封使用周期是3000 h 左右，最短的僅為800 h，年檢修頻次達到10 余次，使用周期均無法達到規(guī)定要求。機械密封突然泄漏將會影響裝置的安全生產(chǎn)，造成鍋爐因燃料中斷停工。另外，燃料具有易燃性，暴露在大氣中遇到火源將引起火災，影響設備、人身的安全。

例如，2019 年7 月10 日，PY101 燃料油泵因機封泄漏導致泵的軸向力突然改變，造成高壓端軸承磨損過熱打火冒煙，不但設備損壞，同時也造成鍋爐燃油壓力突降、鍋爐負荷突降、蒸汽壓力波動。

為此，對油泵機封實施改造。改造目標：實現(xiàn)油泵機械密封介質無泄漏，壽命≥8000 h，發(fā)生泄漏時提前預知并報警。

1 單端面機械密封泄漏分析

該裝置燃料油泵原設計機械密封為單端面機械密封（圖1），沖洗方案為Plan 11，即介質從泵體第一級葉輪的殼體處引出，接入機械密封壓蓋，對機械密封摩擦副進行沖洗。動環(huán)受到密封腔中液體和彈性元件的壓力，使其端面貼合在靜環(huán)的端面上，形成微小的軸向間隙而達到密封的目的。

圖1 單端面機械密封

圖2 是動力裝置燃料油泵泄漏的機械密封，可見機械密封緩沖補償機構（大彈簧）、動環(huán)組件和靜環(huán)組件附著了大量的類焦炭物質，并且大彈簧已經(jīng)完全失去彈性補償功能。

圖2 機械密封泄漏

根據(jù)檢查結果，分析機械密封泄漏原因：

（1）由于油泵的泵送介質為燃料油（組分重且含有催化劑顆粒），在機械密封端面處無法形成正常的密封液膜，而是在密封面處凝固成顆粒物，這些顆粒物造成端面的不可逆磨損，導致密封泄漏。

（2）由于介質含有催化劑類的灰分，在動靜環(huán)摩擦高溫處造成機械密封波紋管或彈簧處堆積結焦而失去彈性，發(fā)生機械密封彈性失效，導致機械密封泄漏。

2 雙端面機械密封改造方案

通過對燃料油泵單端面機械密封頻繁泄漏的原因進行分析得出，只有改善密封端面的工作環(huán)境，才能延長密封使用壽命，因此需要選用其他介質代替油漿作為沖洗液。

2.1 密封型式及沖洗方案的選擇

（1）確認機械密封型式。根據(jù)以上分析內容，如果外引介質作為沖洗液，則需要改進密封結構，將單端面密封改為雙端面密封結構，增加一個外沖洗構造。

（2）確認沖洗液。根據(jù)燃料油泵輸送介質為油漿的特性，油漿內滲水易發(fā)生汽化、抽空等問題，因此不能選用水作為沖洗液。但公司自產(chǎn)產(chǎn)品白油允許微量（＜5.6 g/h）進入油漿，并且白油形成的端面液膜穩(wěn)定性比水及催化油漿更好，選用白油對機械密封進行沖洗，能夠在一級端面處形成穩(wěn)定的液膜，徹底杜絕介質外漏隱患。

2.2 密封結構設計

（1）選用串聯(lián)的雙端密封結構（圖3），在一級和二級密封之間形成一個密封腔，白油在此區(qū)間流通，同時白油壓力高于一級密封腔工作壓力（0.2～0.3 MPa），這樣一級密封摩擦副在壓差的作用下形成80%以上的白油液膜，二級密封為100%白油液膜，極大改善密封的工作環(huán)境，也為密封壽命的延長提供了良好的條件。而且，由于密封白油的壓力始終高于密封腔處油漿壓力，可以實現(xiàn)介質零泄漏。

圖3 雙端面機械密封

（2）一級密封端面和補償機構采用彈簧密閉結構（圖4），使其與泵體內的油漿隔離，從根本上杜絕密封端面和補償機構結焦失彈問題。

圖4 PLAN 53B 沖洗方案—密封腔結構

（3）增設密封輔助系統(tǒng)設計。根據(jù)計算，密封腔處介質壓力為0.3 MPa 左右，外接白油需要加壓到合適壓力（0.5 MPa 左右），因此需增加一個外在加壓系統(tǒng)。根據(jù)該泵房室內面積小、無管網(wǎng)氮氣等具體條件，選用PLAN 53B 沖洗方案。該密封輔助系統(tǒng)（圖5）有氮氣、白油、循環(huán)水3 種介質，氮氣加注在蓄能器氣囊內，作為提供系統(tǒng)穩(wěn)定壓力的動力源；白油作為密封沖洗介質在輔助系統(tǒng)與機封間循環(huán)；循環(huán)水作為冷卻介質為循環(huán)的白油降溫。

圖5 密封輔助系統(tǒng)

（4）為增加安全性能，除安裝就地儀表外，還增設遠程在線監(jiān)控系統(tǒng)，一旦出現(xiàn)密封白油壓力低等異常情況，控制室內將收到報警提示并及時進行處理。

3 投用效果

動力裝置改造6 臺燃料油泵，將密封由單端面改為雙端面結構，沖洗方案由Plan 11 改Plan 11+Plan 53B 的雙結合型式。經(jīng)過近一年運行、調整，觀察現(xiàn)場的密封泄漏情況（包括油漿、白油泄漏），密封白油壓力最終定為0.49～0.55 MPa。系統(tǒng)整體運行穩(wěn)定，油漿泄漏問題得以解決。