液態烴泵安全運行分析及泵用干氣密封的應用

梁 祥

（中石化濟南分公司，山東 濟南 250101）

1 液態烴泵安全運行分析

1.1 調查內容

此次調查的液態烴泵為單級懸臂離心泵、多級雙支撐離心泵、磁力泵、高速泵，以及很少用的容積式泵。液態烴泵的選型，要以單級懸臂離心泵為主。采用多級離心泵輸送液態烴時，需關注多級泵軸的剛度，盡量避免泵在運轉時產生軸的撓度變形；增加軸的自然頻率同時提高了軸的臨界轉速，從而避免泵在共振區運轉，保證泵的本質安全。20世紀90年代末投用的液態烴泵，運行20年左右，且運行狀態良好，振動速度均小于4.0mm/s，不存在設備老化、不符合工藝要求的問題。

1.2 液態烴泵的實際流量統計

70%以上的液態烴泵，實際流量在額定流量的60%以上。其中，泵的實際流量在額定流量的80%以上的27臺，占比41%；泵的實際流量在額定流量的60%～80%的21臺，占比32%；泵的實際流量在額定流量的30%～60%的18臺，占比27%；泵的實際流量在額定流量的30%以下0臺。調查表明，機泵的運行情況較好，見表1，見圖1。

1.3 液態烴泵故障統計

本次調查選取某裝置2010年至2016年液態烴泵的總故障次數與機械密封故障次數。機械密封故障為液態烴泵主要故障，占25%～60%。該裝置帶封油系統的串集密封自2010年至2015年逐步改造為干氣密封，機械密封故障自2011年開始逐漸減少，2014年、2015年機械密封故障突減。

表1 泵實際流量情況統計

圖1 液態烴泵泵實際流量與額定流量偏差

通過以上調查分析，在用液態烴泵選型準確、無設備老化、不符合工藝要求的問題，且運行穩定，干氣密封應用較好。

2 液態烴泵機械密封故障原因分析

2.1 流量對機械密封的影響

當離心泵運行工況大于、小于泵額定流量時，如果偏差不多，只是效率下降，浪費電能，機械故障仍少見。一旦偏大、偏小到某一限量，將要引起噪聲和振動，泵性能上可能出現不穩定。在泵流量過小時，液態烴泵會出現時而抽空現象,泵抽空將導致設備的機械振動，同時也使機械密封液膜工作壓力起伏變化。這不僅會造成密封端面疲勞損傷而出現滲漏，同時還將引起密封液膜相態變化而造成介質的閃蒸。密封腔體汽化，密封端面汽蝕，機械密封會發生大量泄漏。液態烴泵尤其要關注泵的抽空問題，否則會由于密封突然泄漏引起著火爆炸事故。

2.2 壓力對機械密封的影響

泵流量根據生產工藝的要求進行適當的調整，流量的變化會引起工作壓力的變化，而壓力的變化正是導致密封泄漏的主要因素。泵壓力的變化會給液態烴帶來相態的變化，在工作壓力提高時，其密封的端面比壓會隨之加大，普通介質由于自身的潤滑性能較好，可以保持機械密封的穩定性，但液態烴潤滑性能差，壓力加大必然會使其產生摩擦熱，繼而影響到密封膜的狀態，隨著密封端面的磨損，增加了密封的泄漏量，見圖2。

圖2 機械密封端面過度磨損

2.3 溫度對機械密封的影響

液態烴的特性不同于其他介質，在溫度發生變化時，液態烴也會隨之而變化，使液態膜密封段縮短、變窄，石墨環表面會出現凹坑或是皰疤，如果溫度持續升高，還會給它帶來相態的轉變，會使液態膜段完全消失而轉變為氣態膜段，這必然會給機械密封帶來不穩定性，液態烴中的顆粒會加速密封端面的磨損，形成介質的泄漏。

通過以上調查內容分析，工藝操作中的流量、壓力、溫度將直接影響到機械密的安全運行，目前全廠液態烴泵運行較為平穩，為機械密封的安全運行提供了較好的工藝基礎。

3 液態烴泵機械密封的使用情況

液態烴泵機械密封的使用主要以干氣密封、高速泵專用密封、串集密封、普通小彈簧單密封為主，見圖3。某裝置泵用干氣密封的使用占到90%。高速泵專用密封、串集密封、普通小彈簧密封是針對不同泵型、密封腔尺寸設計的，應用成熟密封效果較好。液態烴泵泄漏極易著火爆炸，某裝置使用的干氣密封在封油串集密封基礎上進行改進，在密封可靠性、泄漏預警、現場面貌均有提高，運行周期16000h，見圖4。

干氣密封輔助系統替代原有的封油輔助系統，一級密封為小彈簧密封，二級密封為靜環帶動壓槽的干氣密封。一級密封允許泄漏量經限流孔板、壓力表、單向閥排入低瓦系統。二級密封為常壓狀態，一級、二級密封腔相通，在離心力作用下，靜環動壓槽推開密封端面形成氣膜密封，起到一級密封允許泄漏量大氣端密封作用。日常維護通過壓力表進行監測，壓力表指示在正常范圍說明一級密封運行良好；在二級干氣密封作用下，若壓力表指示超出范圍、泄漏排出管線有結霜、溫度降低現象說明一級密封漏量增大，應及時安排檢修。通過液態烴泵干氣密封的應用，一方面保持現場整潔杜絕油污、節省氮氣減少對氣柜的沖擊；一方面通過二級干氣密封輔助系統壓力、溫度的變化判斷一級密封的使用效果，合理、及時安排檢修，避免突然泄漏所帶來的安全隱患。

圖3 液態烴泵用密封使用情況

圖4 泵用無氮氣干氣密封

4 結論與建議

液態烴泵機械密封的運行安全與其結構形式、操作管理等多方面因素有關，本文對某企業在用液態烴泵進行的全面調研，并結合機械密封失效案例，分析工藝負荷、操作壓力、溫度對機械密封可靠性的影響。

液態烴泵干氣密封可靠性強、泄漏預警及時，能夠有效降低液態烴泄漏的安全風險。