易聚合介質離心泵機械密封改造

李博宇

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

1 設備概況

乙烯裝置除了生產乙烯、丙烯產品外，還會生產C4、裂解汽油等副產品。輸送這些介質的泵一般為普通離心泵，采用雙端面機械密封，其中脫丁烷塔塔底泵自裝置開工以來，機械密封泄漏頻繁，嚴重影響裝置的安全平穩運行，造成環境污染和較大的經濟損失。

脫丁烷塔塔底泵型號為EP-3461，介質為裂解汽油，為臥式離心泵，由蘇爾壽泵業有限公司設計制造。泵體部分的密封為兩套串聯的機械密封，即約翰克蘭PLAN11+52 密封方案。設備主要參數：流量22.68 m3/h，揚程60 m，吸入壓力0.431 MPa，排出壓力0.85 MPa，泵送溫度105 ℃，轉速2980 r/min。

EP-3461 進料為ET-3461 脫丁烷塔的粗裂解汽油，出口物料與來自EP-3323 的汽油匯合，一同送至裝置界外，主要是為了維持脫丁烷塔塔釜液位，同時保證產品外送量。

裝置開工以來，該泵機械密封頻繁發生泄漏，過去4 年內機泵因機械密封泄漏累計檢修15 次，平均每3 個月機械密封就會發生泄漏。

2 機械密封泄漏原因分析

2.1 機械密封拆檢狀態

該泵每次機封泄漏均為一級密封先發生泄漏，為了更好分析機械密封泄漏原因，在機泵檢修過程中，重點對機械密封進行拆檢：一級密封動、靜環密封面狀態保持較好，無明顯損傷（圖1）。

圖1 機械密封拆檢狀態

各密封點膠圈狀態良好，無明顯損傷變形。一級密封傳動套內存在較多聚合物，補償環彈簧被聚合物堵塞，導致補償能力下降。

2.2 密封腔聚合物來源分析

由于乙烯裝置生產過程中要生成烯烴、炔烴、二烯烴及大分子的不飽和烴，這些不飽和烴必然會在系統中經過自由基反應生成聚合物，造成系統堵塞或結垢。該裝置脫丁烷進料中含有1，3-丁二烯33.18%，戊二稀2.17%，異戊二稀3.05%，這些不飽和烴類在塔釜停留時間過長都易形成聚合物。

2.3 機械密封失效泄漏原因

脫丁烷系統內介質含有較多易聚合組分，由于原有機泵機械密封設計介質直接與一級密封接觸，所以無論機泵處于運行或備用狀態，一級密封腔內均易產生聚合物，堵塞密封補償環彈簧，造成補償環補償效果下降，最終導致機械密封一級密封泄漏。

3 機械密封改造方案

3.1 原有機械密封方案分析

3.1.1 PLAN11（圖2）

圖2 PLAN11

（1）方案描述。進行單密封沖洗，流動介質從泵出口經過節流孔板對泵內部進行沖洗，以清除堵塞物。

（2）采用原因。密封腔散熱，臥式泵密封腔排氣，增加密封腔壓力和液體氣化余量。

（3）應用場合。主要應用于非聚合性液體與清潔液體。

（4）預防性維護。應用的節流孔板直徑尺寸至少是3 mm 以上，為了滿足密封腔流動，需要計算流速來決定節流孔板的尺寸，通過適當的節流孔板和喉部襯套的尺寸來增加氣化余量，典型故障模式是節流孔板堵塞。

3.1.2 PLAN52（圖3）

（1）方案描述。流經儲罐的無壓緩沖罐循環，流體通過雙封中的泵效環驅動及熱虹吸效應循環。

（2）采用原因。外側密封作為主密封的安全后備，不允許工藝介質污染。

（3）應用場合。主要應用于危險或有毒流體、輕烴、高飽和蒸汽液體等，一般與無壓雙密封串聯在一起使用。

（4）預防性維護。要求管路回路必須能自行排氣至接近大氣壓力的火炬系統或氣體回收系統，儲罐壓力一般小于工藝流體蒸汽壓力。工藝泄漏液體與緩沖液體必須兼容，儲液罐液位計指示外密封泄漏，上升的排氣壓力指示主密封泄漏。

PLAN11 方案比較適合于潔凈的、非聚合性的介質，雖然密封腔內有液體進行沖洗，但由于沖洗介質為泵出口引入，介質本身也容易聚合，因此PLAN11 方案不適用于此工況。由于機泵介質為裂解汽油，易燃易爆，一旦泄漏危險系數較高，需采取雙重保護，避免介質外漏，PLAN52 方案比較適用于該工況。

3.2 新型密封改造方案

圖3 PLAN52

針對以上情況，車間通過大量的數據采集、分析和調研，積極與機械密封廠家約翰克蘭進行溝通協調，制定了新型密封改造方案。

3.2.1 方案1

現有機械密封形式不變但需要解決介質中含有雜質的問題，即車間改變介質的工況或組成，使密封腔內無聚合物生成。由于工藝系統無法改變介質的工況和組成，所以該方案無法實現。

3.2.2 方案2

現有機封密封形式不變，增加PLAN32 沖洗方案，如圖4 所示。

圖4 PLAN32

（1）方案描述。密封的沖洗是從外部引進清潔的液體進行。

（2）采用原因。密封腔散熱，從密封腔去除固體顆粒，增加密封腔壓力和液體氣化余量。

（3）應用場合。主要應用于聚合液體、高溫工況、紙漿、不干凈或被污染的液體等場合。

（4）PLAN32 方案比較適合該工況，外引潔凈的沖洗液可以保證密封腔內的潔凈，延遲機械密封使用壽命。但由于機泵附近區域沒有合適的潔凈液體作為沖洗介質，所以該方案無法實現。

3.2.3 方案3

與機械密封廠家溝通，重新進行機封選型，采用5620P 系列機械密封，使機械密封的彈簧與介質不接觸，避免機封失效。

新型機械密封5620P 使機械密封補償環的彈簧外置，介質與彈簧是不接觸的，從而避免彈簧被聚合物堵塞的情況，理論上可以有效延遲機械密封使用壽命。

4 新機械密封使用效果

改造方案制定完成后，車間與機械密封廠家積極聯系，多次現場考察測繪，按照改造方案制造了新型的機械密封。2016 年12 月，更換機泵的機械密封，截至2018 年11 月，該泵的機械密封未發生泄漏，機械密封的使用壽命大大延長，省去了機泵檢修的額外工作量，降低了材料費用與維修費用，提高了該系統的安全系數，促進了乙烯裝置的長周期安全平穩運行。

5 結論

本次機械密封改造，效果明顯，解決了乙烯裝置系統內易聚合介質離心泵機械密封頻繁泄漏的問題，大大提高了生產裝置的安全穩定程度。