石油化工行業高危險介質輸送泵機械密封改造

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠烯烴一聯合車間，新疆 獨山子 833600）

石油化工行業高危險介質輸送泵機械密封改造

秦濤，姬小鵬，崔超，嚴慧玲

（中國石油獨山子石化公司乙烯廠烯烴一聯合車間，新疆 獨山子 833600）

本文主要介紹獨山子石化公司乙烯廠烯烴一聯合車間高危險介質輸送泵溶劑回收塔底外送泵（20-P-1006）機械密封改造的經驗，通過此次機械密封的改造，延長了機械密封的使用壽命，實現了備件國產化，降低了設備維護費用。

離心泵；高危險介質；國產化；機械密封；沖洗方案

中國石油新疆獨山子石化公司乙烯廠芳烴裝置溶劑回收塔底外送泵（20-P-1006）為嘉利特荏原泵業有限公司生產的單級雙支撐離心泵。該泵輸送介質為高危險介質貧溶劑環丁砜，介質溫度175～180℃、高毒。介質如果外漏，對操作人員健康及作業環境危害極大，因此對機械密封可靠性要求較高。

1 原機械密封結構

該泵原配套機械密封為福斯公司生產的無壓串聯接觸式機械密封，沖洗方案采用API 682 Plan21+52，密封介質為工業白油，具體結構如圖1所示。該泵在使用過程中由于機械密封沖洗液（所輸送介質）冷卻器換熱盤管經常堵塞，造成沖洗液無法達到預設的冷卻溫度，高溫的機械密封沖洗液在機械密封內氣化，使動靜環干磨，機械密封使用壽命無法達到2萬小時。另外，該泵機械密封需要進口，價格十分昂貴，單套備件價格在20萬元左右（散裝），并且采購周期較長，給工藝安全生產帶來重大隱患，所以為了保證裝置連續平穩生產，我們決定對該泵機械密封進行國產化改造。

圖1 原機械密封結構圖

2 原進口機械密封失效原因分析

根據該泵解體檢修情況來看，機械密封失效的原因主要有兩點，動密封失效和靜密封失效，由于該機械密封靜密點都選用的是O型圈密封，雖然在該泵上也發生過兩次O型圈選用不當導致密封失效，但是靜密封泄漏的可能性相對較小，密封原理也簡單，只要O型圈材質選用得當，尺寸合適，安裝精準，一般情況下也不會導致密封失效，本文就不再細述，只是強調一點，在選用O型圈時一定要考慮在不同工況及溫度下密封槽和O型圈的膨脹量以及輸送介質對O型圈的腐蝕性。

該泵動靜環密封面磨損是該泵機械密封失效的主要形式，損壞原因主要有以下兩個方面原因。

（1）第一道主密封端面沖洗介質為該泵輸送的環丁砜溶劑，該物料飽和蒸汽壓較低，并且物料溫度較高，高溫下很容易汽化，采用API 682 Plan21+52方案冷卻，沖洗冷卻器負荷就非常大，循環水側換熱器盤管很容易結垢，而結垢后換熱效果變差，導致沖洗介質不能充分冷卻，十分容易汽化。另外，主密封為接觸式機械密封，密封運行過程中動靜環端面直接接觸，易產生大量的摩擦熱而使端面溫度顯著升高，促使端面間液膜汽化而發生相變，由液相變成汽相，而此時正好沖洗冷卻介質沒有充分冷卻，再加上沖洗介質飽和蒸汽壓較低，端面間液膜汽化無法避免，密封端面間不能形成一個完整的液膜，動靜環端面直接干磨，損壞加速。

（2）第二道副密封沖洗油無法建立可靠的循環。該泵機械密封沖洗方案采用API 682 Plan21+52，副密封沖洗介質無強制循環，僅靠熱虹吸作用起提供動力使密封沖洗油（工業白油）循環起來，熱虹吸效果與液體溫度差、黏度關系甚大，液體溫度差越小，循環動力越弱。新更換的機械密封，在使用初期，由于動環和靜環的密封面處于磨合期，端面磨擦產生的熱量較多，熱虹吸推動力較強，可以形成穩定的循環，機械密封尚運行穩定。機械密封磨合使用一段時間后，端面摩擦減小，產生的熱量也隨之降低，密封介質的溫度差明顯降低，熱虹吸效果減弱，密封沖洗介質循環量變小。密封沖洗介質循環量減少到一定程度，可能會出現斷流，而副密封動靜環密封面也屬于接觸式密封，斷流后動靜環密封端面缺少了密封沖洗油，瞬間摩擦加劇，此時用聽診器聽機械密封處可聽到明顯的間斷性摩擦尖叫聲，機械密封損壞非常快。

介于以上原因，我們決定對該泵的機械密封及沖洗方案進行改造。

3 機械密封國產化改造

進口機械密封價格十分昂貴，所以在此次改造中為了降低設備維護費用我們決定使用國產機械密封，經過對國內多家密封件制造廠家的技術咨詢、對比，避免以上問題再次影響機械密封使用壽命，最終我們選定了東營海森密封的改造建議。

東營海森公司提供的改造方案為汽液膜串聯機械密封，如圖2，內側主密封采用液膜密封，外側二級密封采用氣膜密封，沖洗方案采用Plan72+75，如圖3，采用此方案有以下特點。

圖2 改造后的汽液膜串聯機械密封

圖3 改造后的密封沖洗系統

（1）介質側第一道密封采用液膜密封，密封端面由原來的平端面改為弧形槽式結構，改進后的密封結構可以形成穩定的液膜，高壓側的密封介質依靠泵出口高壓送至密封端面，由于端面間的弧形槽式結構，密封端面流體模壓增加，密封處的液膜處于穩定工作狀態，避免了不穩定的汽膜形成。另外，該結構可以使流體動壓效應增強，動靜環之間的開啟力增大，可以實現非接觸式密封，密封穩定性及壽命明顯提高。

（2）第二道副密封采用外徑開槽的螺旋槽氣膜密封，通過螺旋槽可以把少量緩沖氣體帶入密封端面之間，實現非接觸式密封，雖然有少量的密封氮氣排向火炬，但是密封氮氣的泄漏是微量的，也是必需的，因為密封端面的微正壓可以防止火炬氣倒串，阻止外粒界顆物進入，保護密封端面的潔凈。

（3）第一道和第二道密封之間采用迷宮密封，可以減少介質的逸出，密封泄露的微量介質也隨密封氣一起排向了火炬，保證介質不向環境泄露。另外也采用了雙密封結構，主密封一旦失效，外側第二道氣膜密封可以作為備用密封，防止介質泄漏至大氣。

(4)密封氣由系統管網的潔凈氮氣經過過濾器進一步過濾，再經過壓力調節閥減壓穩壓之后，為副密封提供密封氣體，可以保證副密封端面穩定的氣膜。另外，該密封氣體也為主密封提供一定背壓，密封氮氣和主密封泄漏的介質一起排入火炬線，當主密封泄漏量增大，排放量超過設定之后會立即報警，這樣以便技術人員及時發現，并進行處理。

4 機械密封國產化改造后的優點

（1）機械密封使用壽命變長，由原來的1年提升至2～3年，并且機械密封價格明顯減低，由單套16萬元左右降低至8萬元左右，備件采購周期也由6～8個月減少至3～4個月。

（2）副密封密封介質由密封油變成氮氣，運行維護費用也有所降低，并且減少了加密封油帶來的勞動量。

（3）密封泄漏后，可以通過報警系統及時傳輸至控制室，以便技術人員及時發現和處理問題。

（4）避免了機械密封泄露后有毒介質排向大氣環境，而是通過密封氣帶至火炬系統燃燒，減少了對環境的污染。

5 結語

獨山子石化公司烯烴一聯合車間芳烴裝置溶劑回收塔底外送泵（20-P-1006）密封國產化改造基本達到了預期的效果，改造后的機械密封使用壽命達到了2～3年，較改造之前提高一倍。沖洗系統改造后再未出現過故障，國產化改造后每次檢修費用也明顯減低，進口密封成套在16萬元左右，改造后的密封成套8萬元左右。

[1]東營海森密封提供的《獨山子芳烴裝置20-P-1006溶劑回收塔底泵機械密封改造說明》，2014年.

[2]嘉利特荏原泵業有限公司提供的《溶劑回收塔底泵20-P-1006操作維護說明》，2009年.

TH38；TH136

：A

：1671-0711（2017）08（上）-0081-02