環管反應器軸流泵機械密封消除沖洗死區改造

摘 要：茂名高密度裝置反應器軸流泵機械密封出現損壞，進行查找原因，確認是機械密封存在沖洗死區，沖洗異丁烷氣化后進入密封油系統，污染密封油，造成密封損壞。對機械密封進行改造，消除沖洗死區。

關鍵詞：軸流泵 初級密封 軸承 沖洗死區

中圖分類號：TH3 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0058-01

茂名35萬噸/年高密度裝置的心臟設備P-4001勞倫斯泵，是目前世界上用于環管反應器的最大的軸流泵[1～2]。2006年8月投用后，在2008年至2009年期間先后多次出現機械密封損壞故障。為徹底解決問題，我們進行了技術攻關，查找原因，確定對策，最終通過對機械密封進行改造，解決了問題。

1 反應器軸流泵簡介

高密度裝置使用環管反應器[3]，高密度裝置軸流泵安裝在環管反應器下部，用于推動反應物料高速定向循環流動。軸流泵基本結構包括一彎管結構殼體、葉輪、主軸、軸承箱和機械密封。該泵由美國勞倫斯泵公司生產，工藝介質為聚乙烯漿液，電機功率3002 kW，電機轉速1492 RPM，增速機轉速1804 RPM；入口壓力4.4 MPaG，出口壓力：4.77 MpaG；介質溫度90°C～115 °C。

2 機械密封結構

環管反應器中的物料不允許泄漏到軸流泵外，因此用一套串級機械密封[1，4]來保證其密封性，使用初級密封、安全密封和處于兩者之間的中間密封。初級密封前端通過唇型密封隔離環管反應器，后端與中間密封之間充滿高壓密封油，初級密封中有一個雙列滾子軸承，型號為SKF23034 CC/W33VW532。為阻擋反應器內顆粒狀聚集物進入機械密封，同時及時帶走密封內產生的熱量，外接壓力比環管反應器內壓力高0.1～0.2 MPaG的純凈異丁烷液體對其進行循環沖洗。

3 存在問題

2006年8月開車后，機械密封使用壽命短，從2006年8月28日開始投入運行，到2008年12月份，該泵因機械密封故障共檢修了8次。最短使用壽命只有2個月，最長也只有12個月。機械密封損壞時，出現過初級密封、中間密封封同時損壞，也出現過只有初級密封損壞。

4 問題排查

（1）機械密封材質需要改進。

2008年12月后投用的兩套機械密封，安全密封主密封補償環由原來的合成材料改用純SiC，機械密封的使用壽命有所改善，但未完全解決壽命短的問題。

（2）對異丁烷沖洗孔數少進行優化。

異丁烷沖洗孔最初設計為孔數為一個，沖洗異丁烷在節流環和唇封處的分布不均勻，發現有聚乙烯粉料在唇封處積聚。為了使沖洗異丁烷分布更加均勻，沖洗效果更好，2008年12月后改為4個，該項改進并未完全解決密封損壞問題。

（3）增加異丁烷沖洗流量。

異丁烷沖洗流量設定從460 kg/h增加到900 kg/h，減少聚乙烯粉料在唇封處積聚。該項改進也未能完全解決密封損壞問題。

（4）初級密封中軸承損壞應該是機械密封損壞的主要原因。

每次機械密封損壞，有時密封動靜環、軸套等會出現損壞，但是每一次初級密封中軸承都出現損壞，因此初步判斷密封失效的源頭應該是機密封中的軸承先損壞，磨損的金屬屑進入密封油系統造成密封失效。

5 消除機械密封沖洗[5～6]死區改造

2008年12月，采集密封油系統中的油樣進行分析，密封油中異丁烷含量高達3000 PPM，對油造成嚴重污染。通過每天在線置換油兩的方法（該方法為在線將密封油放出約10 L，再補進10 L新鮮油），也只能將密封油異丁烷含量控制在300 PPM左右。通過每天在線置換油的方法，這套密封維持使用了1年時間。可以確定異丁烷漏入密封油中是造成密封損壞的原因。為了徹底解決問題，決定對機械密封結構進行改造。

異丁烷為什么會漏入到密封油中，經過分析，對現有軸流泵的機械密封進行沖洗時，如圖1所示，密封座2上節流環1右側設有沖洗通道8，沖洗液從沖洗通道8進入初級密封，后從節流環1與軸套5之間間隙7再經唇形密封6流出初級密封流入環管反應器。上述沖洗過程，易在由密封座2、動環3、靜環4、軸套3組成的腔體9的右端，即動、靜環下側，形成一沖洗死區。沖洗液進入該死區后，會積存在該死區處，不能繼續循環，溫度升高氣化后，會進入密封油系統，污染密封油，導致密封的使用壽命縮短。

為了避免存在沖洗死區，我們對初級密封進行了重新設計，消除沖洗死區設計的其特征在于：在密封座2上設有入口連通沖洗通道8、出口傾斜向下的沖向所述腔體9沖洗死區的斜沖洗通道10，連續的沖洗該處的異丁烷，使丁烷從間隙7流入反應器，而不在該處停留。

6 結論

2010年2月1日投用改造的機封后，密封油中異丁烷的含量在30～60 PPM之間波動，對機械密封沒有影響，到2012年7月，該泵已連續運行29個月，創該型號機泵世界最長運行周期。該泵的機械密封改造獲得圓滿成功。

參考文獻

[1]安禮強，蔡敏.環管反應器軸流泵機械密封失效原因分析及改造[J].機械，2005，32（11）：60-62.

[2]官書林.環管反應器軸流泵功率波動原因分析及對策[J].齊魯石油化工，2012，40（2）：129-131.

[3]馬俊林.環管反應器的研究現狀及展望[J].十堰大學學報：自然科學版，1995（3）：27-31.

[4]馬程華，趙海力.高危介質泵密封系統改造實踐[J].中外能源，2008，13：90-91.

[5]黃穎，趙斌義.IGCC裝置中泵用機械密封沖洗方案選擇[J].大氮肥，2007，30（5）：306-309.

[6]周彬，龔建華.高溫油泵機械密封和密封沖洗方案的改造[J].石油和化工設備，2012，15：76-77.