乙烯裝置盤油泵機械密封失效原因分析及處理

闞金峰 張清蘊

摘 要：E-GA153A/B盤油循環泵是乙烯裝置的關鍵設備，工作介質為盤油，溫度169℃，出口壓力1.028Mpa，在開車期間多次出現大氣側機械密封泄漏，導致盤油系統的不穩定，制約著乙烯裝置的開車運行；文章對其機械密封失效原因進行了分析，并提出了解決辦法，收到了良好的效果。

關鍵詞：盤油循環泵；機械密封；失效

1 概述

中沙（天津）石化有限公司乙烯裝置盤油循環泵E-GA153（型號：3620 18x20-24-X）由美國ITT公司制造，BB2型雙支撐雙吸離心泵，其為急冷油塔DA151塔中部中質油回流泵；工藝作用是調節DA151急冷油塔塔頂、塔釜溫度，其熱量由工藝水系統換熱帶走；此外，盤油系統還肩負著為急冷系統提供沖洗油的作用。在乙烯裝置試車期間，因其機械密封泄漏問題停車維修累計達6次，導致盤油系統的不穩定，嚴重制約著乙烯裝置的開車運行。

2 E-GA153盤油循環泵機械密封使用情況

2.1 E-GA153盤油泵設計參數

介質條件：盤油

介質溫度：169℃

比重：0.863

吸入口壓力：正常0.31MpaG，最大0.75 MpaG

吐出口壓力：1.03 MpaG

額定流量：3067m3

泵轉速：1490rpm

2.2 E-GA153盤油泵機械密封使用情況

E-GA153盤油泵軸封選用的是約翰克蘭公司604型雙端面機械密封，即兩套單端面波紋管機械密封"背靠背"組成，密封室把泵內介質和大氣隔開，動環材料為碳化硅，靜環為金屬波紋管，輔助密封沖洗方案PLAN53A，緩沖液使用15#白油，緩沖罐氮氣密封壓力145PSI。此種雙端面機械密封的兩道密封摩擦副產生的熱量全部由機封內部泵送環循環輸送的密封液來進行沖洗冷卻。其主要特點是低摩擦，高傳熱、符合API 610和API 682標準、平衡性較好，實現雙補償，可適應系統壓力的驟升驟降。但操作程序較復雜，其必須先建立密封液位，加壓，在進行灌泵，否則易造成系統反壓，損壞機械密封波紋管。

E-GA153盤油循環泵在乙烯裝置試車期間多次出現大氣側機械密封泄漏，造成設備停機檢修，導致盤油系統的不穩定。

3 機械密封失效的原因分析

3.1 E-GA153盤油循環泵運行過程中機械密封情況監測數據見表1：

介質溫度：100℃ 軸承振動均在2.8mm/s以內。

注：以上測量點均為不銹鋼材質，測量均存在誤差。

由表內數據可以看出：機械密封壓蓋溫度達到78℃，白油回流管道溫度達到97℃；機械密封非驅動端溫度比驅動端溫度要高近20℃。

結合現場實際情況，我們認為白油罐冷卻水盤管換熱效果差，進水回水溫差小；冷卻水線進水共4路，其中2路冷卻軸承箱，2路冷卻白油罐，且軸承箱冷卻水線為直段翅片管，壓降較小，白油罐冷卻水線為盤管，進出白油罐的水線有一段縮徑管，壓降較大，導致進水直接從軸承箱冷卻水線回水，白油罐進水壓力較低，具體表現為白油罐油溫過高。

3.2 損壞的機械密封解體檢查情況

我們對損壞的機械密封進行了解體檢查，解體檢查情況見附圖；從解體檢查情況看，波紋管組件等未見損傷，從圖3、4看密封面磨損輕微，但有結焦的現象發生，結焦物易對滑動件發生阻擾，并阻止密封面磨損時的隨動，密封的輕微外漏應該與結焦有關。

3.3 機械密封的失效原因分析

E-GA153盤油循環泵輸送介質溫度較高，達到169℃，密封沖洗方案選用的又僅是PLAN53A沖洗方案，導致機械密封運行過程中溫度過高，沖洗回油管線溫度最高達到92℃，溫度升高，使密封端面間液膜易汽化，磨損加劇；溫度升高使動靜環產生熱變形，密封泄漏量增大。同時，在拆檢機械密封過程中，發現大氣側機封動環兩側結有大量的硬質焦，這些結焦物是由于輸送急冷油溫度高，機械密封在運行過程中緩沖液（白油）溫度達到80℃，高溫白油遇大氣發生結焦積炭，這些堅硬的焦粒會隨著設備運行時間的增長而在大氣側機封動環密封面累積，逐漸損壞密封面，最終造成大氣側機封泄泄漏。由于原設計中沒有PLAN62沖洗方案，沒有預留口，無法使用氮氣沖洗隔離，白油結焦和壓蓋溫度高的問題無法得到緩解，多次由于大氣側機械密封外漏嚴重造成停車檢修，現場被迫采用臨時措施，從公用工程接氮氣膠管至密封處進行冷吹。

4 E-GA153盤油循環泵機械密封的改造

為保證盤油系統的穩定運行，我們決定對 E-GA153盤油循環泵機械密封進行技術改造，以消除盤油循環泵運行過程中存在的隱患。我們與約翰克蘭（天津）科技有限公司進行合作改造，共同探討E-GA153盤油循環泵機械密封的技術改造放案。

通過上述的分析，以及實際運行中存在的問題，我們認為應將E-GA153盤油循環泵機械密封沖洗方案由現在的PLAN53A方案改為PLAN53A+PLAN62方案。經過核實原機械密封設計圖發現，原機械密封設計在結構上沒有預留PLAN62接口，無法直接配管接氮氣沖洗，要在原基礎上增加PLAN62方案需重新加工機械密封壓蓋，更換機械密封軸套，現場從公用工程站配制氮氣管線引至機械密封壓蓋，使用氮氣來隔離大氣，冷卻機封；同時，對原冷卻管線進行改造，使其流通通暢。按此改造思路，對原機械密封的部件由翰克蘭（天津）科技有限公司進行重新設計并加工制造，改造后，利用檢修機會，進行了現場實際應用。

5 改造效果

2010年6月，我們將加工改造后的機械密封安裝在E-GA153A盤油循環泵上試運行，經過改造的機械密封使用正式的氮氣吹掃，避免了大氣側機械密封因白油結焦損壞，同時，通過冷卻管線的改造，降低了機械密封的運行溫度。E-GA153A盤油循環泵從改造后開車至今已經運行一年多了，機械密封始終處于良好的運行狀態，保證了乙烯裝置盤油系統的穩定，為乙烯裝置的安全、穩定、長周期運行提供了堅實的保障。

另外，通過改造，大大降低了E-GA153盤油泵的維修成本，此種集裝式雙端面機械密封為美國進口，價格昂貴，每套達幾十萬元人民幣，改造后，運行周期大大延長，節省了大量的維修費用，收到了良好的效果。

參考文獻

[1]胡國楨.化工密封技術[M].化學工業出版社，1990，9.

[2]顧永泉.機械端面密封[M].石油大學出版社，1994，12.

[3]顧永泉.流體動密封[M].中國石化出版社，1990，8.

作者簡介：闞金峰（1981-），現任設備管理部區域經理，主要從事設備管理工作。

張清蘊（1973-），現任設備管理部區域經理，主要從事乙烯裝置設備管理工作。