液化氣泵機械密封泄漏分析及改造

龔 文，司春旭，王進旭

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750021）

0 引言

寧夏石化公司氣分裝置脫乙烷塔回流泵為單級臥式懸臂式離心泵，機泵功率30 kW，轉速2950 r/min，揚程95 m。機械密封為四川日機生產的干氣機械密封，介質為混合C3，運行溫度60 ℃：流量70.2 m3/h，入口操作壓力2.8 MPa，出口操作壓力3.2 MPa。機械密封采用PLAN72+PLAN76 沖洗方案，機械密封為集裝式彈簧機械密封。一級密封沖洗液為自泵出口引至一級密封的混合C3，實現對一級密封端面的沖洗、冷卻和潤滑作用；二級密封為干氣密封，干氣為自裝置外引入的低壓氮氣，將一級密封泄漏的液化氣引至低壓瓦斯系統。

1 機械密封故障現象

對歷次泄漏后的機械密封拆開檢查，總結故障現象：①機械密封軸套有過熱發藍現象，一級動環密封端面也出現過熱發藍現象；②一級密封靜環O 形圈在機械密封使用5 個月后開始出現老化、龜裂現象；③機械密封泄漏前易出現明顯的端面嗚叫現象，拆檢發現一級密封動環接觸面凸臺磨損到0.5 mm 以內，原設計凸臺高度為3.5 mm；④檢查機械密封泄漏前機泵入口回流罐液位存在偏低現象，通過化驗發現進入氣分裝置液化氣中C2含量過高，最大值12.11%，遠大于工藝設計參數（＜2%）。

2 機械密封失效分析

分析認為4 點原因導致液化氣泵機械密封泄漏。①當介質中C2 含量過高時，泵容易發生氣蝕，造成密封腔內壓力降低或者劇烈波動，影響密封端面液膜的穩定；②機械密封沖洗介質在一級密封腔處流動緩慢，密封腔處的介質熱量積聚導致機封密封面在運行時端面有較大溫升，端面附近輕組分的烴類介質發生氣化，導致端面無液體進行有效潤滑，發生干摩擦使一級密封面動環處磨損嚴重，介質側O 形圈高溫老化甚至發生碳化現象（圖1）；③當回流罐液位偏低或在裝置開停工時，介質中含有的固體雜質被帶入端面，造成機械密封磨損和破壞原來極薄的液膜的連續性[1]；④機械密封動環凸臺磨損后（圖1），由于靜環內圓周結垢，導致靜環內徑與軸套之間的間隙過小，彈簧座的滑移外徑處有積碳，動環石墨環磨損物影響密封彈性組件的彈性補償能力，使彈性組件追隨性變差，造成密封面開啟后無法閉合，加劇泄漏變為噴漏[2]。

圖1 O 形圈老化，動環凸臺磨損

3 處理措施

3.1 選擇更合理的密封材料

液化氣泵改造前機械密封O 形圈材質為氟橡膠，動環端面材質為浸樹脂石墨，靜環材質為碳化硅。為了提高密封材料的耐高溫性能，動環材質更換為浸金屬石墨。浸樹脂石墨雖然可獲得較高的密度，但其使用溫度低，高溫摩擦磨損性能較差，適合做腐蝕環境中的密封件。浸金屬石墨繼承了石墨材料耐高溫，耐磨損等特性，同時提高機械強度[3]；將O 形圈材質更換為全氟醚橡膠。全氟醚橡膠具有更好的耐化學性、耐熱性，表面沒有滲透、開裂和針孔等缺陷，長期工作溫度為（-39～288）℃，短期可達315 ℃，在低于脆化溫度下仍具有一定塑性，硬而不脆，可彎曲。

3.2 優化機械密封結構配置

為了解決端面發熱問題，考慮通過降低機械密封端面比壓的方式減少端面承受的載荷。由于端面比壓由介質作用力及彈簧比壓共同作用，而介質作用力相對穩定，因此通過將彈簧比壓由原來的0.31 MPa/cm2降低 至0.21 MPa/cm2，使機械密封端面比壓整體降低近30%，圖2。通過以上調整，較好的控制了端面熱量的產生，延長了O 形圈和動環密封的使用壽命。

圖2 一級密封動環彈簧改至8 個

3.3 優化操作條件

平穩操作，嚴格控制脫乙烷塔回流罐液位≥40%，并加大脫水頻次，要求每4 h 脫水1 次；嚴格控制罐區來液化氣中C2 組分及其穩定性，并要求C2 組分≤10%，當回流罐壓力＞0.3 MPa時，及時泄C2 至低壓瓦斯系統。

3.4 改進機械密封沖洗方案

從泵排出口到密封腔管線上增加節流孔板，再從一級密封腔和泵入口處增加一條泄壓線，減小一級密封腔處的壓力，從而降低該處溫度。

4 結束語

分析液化氣機泵機械密封故障原因，提出從機械密封材質及結構和操作方面的改進措施。改進后，脫乙烷塔回流泵由改造前最長周期不到5 個月延長至可連續運行1 a 以上，降低了裝置的安全平穩運行風險以及檢修頻率，產生了良好的經濟效益。