高溫熱油泵雙端面機械密封泄漏故障原因分析

李 亮，孫新東

（中國石油克拉瑪依石化有限責任公司，新疆克拉瑪依 163318）

0 引言

近年來雙端面機械密封在石油化工行業得到較為廣泛的應用，但受設備結構空間限制、部件效用不足、運行環境等方面因素的影響，某公司延遲焦化裝置高溫熱油泵自進行雙端面機械密封改造后，頻繁出現泄漏故障，故障率高，使用壽命短，如輻射爐進料泵、蠟油泵、循環油泵以及中段回流泵等雙端面機械密封泄漏問題。高溫熱油泵雙端面機械密封使用壽命短、可靠程度不高，嚴重影響了設備及裝置的安全運行和平穩生產。

1 故障描述

該裝置高溫熱油泵雙端面機械密封系統采用PLAN32+53B沖洗方案，介質為310～370 ℃的重質蠟油組份，雙端面機械密封失效泄漏多表現為大氣側密封環泄漏，隔離液不保壓。拆檢發現，故障表現多為大氣側密封波紋管結焦嚴重，密封環表面呈現烏黑的貼合不佳現象，同時伴有個別主密封波紋管結焦、密封環外緣“斷齒”等情況（圖1～圖2）。

2 故障原因分析

2.1 隔離液循環冷卻效果差

隔離液的循環冷卻效果，直接影響雙端面機械密封的使用壽命，若大氣側密封的使用壽命短，則直接導致雙端面機械密封失去了外側密封保護的意義。雙端面機械密封隔離液的循環主要依據泵送環及附屬系統虹吸效應（圖3），而虹吸效應又受到隔離液換熱前后的溫度差。目前雙端面機械密封的泵送環多采用“直槽”形式，受到機械密封自身結構空間的影響，泵送環的泵送效應尚無定論，這就體現了在局部受限的情況下，附屬系統的虹吸效應尤為重要。

圖1 密封摩擦副及波紋管結焦

圖2 密封環外邊緣“斷齒”

雙端面機械密封附屬系統虹吸效應與系統的布置存在著直接關系，如系統高度不足、受空間限制造成管路布置出現的“銳角轉彎”，很容易造成系統“排氣難”的問題，導致虹吸效應差，密封使用壽命短。通過分析，造成排氣不充分的原因之一為隔離液管路設計不當而容易形成氣阻，影響虹吸效用，隔離液循環不暢。拆檢發現大氣側密封環（圖2）外緣“斷齒”情況，分析判斷雙端面機械密封隔離液系統存在氣體集聚產生的氣阻問題，影響隔離液在系統中的循環效果，加劇惡化隔離液冷卻的效果，這也為波紋管結焦創造了條件。

2.2 波紋管結焦

通過對主、輔密封泄漏故障的表現上分析，雙端面機械密封出現泄漏故障的直接原因為密封面周邊及波紋管結焦[1-2]，造成密封液膜失穩、波紋管補償能力不足，最終導致機械密封出現泄漏的情況。對PLAN53B 附屬系統的進行的定點監測結果表明，隔離液進出溫差小、換熱效果差，加之隔離液在密封摩擦副周邊攪拌熱影響，長時間有運行出現高溫及氧化結焦情況（表1）。

圖3 PLAN53B 附屬系統

表1 雙端面機械密封故障統計表 ℃

圖4 換熱器結垢

根據表 1中PLAN53B 換熱器溫度及隔離液進出溫度可知，53B換熱器存在堵塞情況（圖4）。用于該換熱器的循環水進出管徑為20 mm，冷卻水量不足，加之循環水進出壓差僅0.05 MPa，造成換熱器殼層結垢堵塞，直接影響隔離液換熱效果。

2.3 泵蓋水套堵塞

由于雙端面機械密封安裝與泵蓋冷卻水套外表，水套內結垢嚴重后，泵蓋密封腔溫度偏高，PLAN32 沖洗溫度不足70 ℃，與介質溫度相差大，沖洗量偏大易造成設備抽空、沖洗不足，直接影響沖洗效果及主密封的工作環境。

泵蓋水套結垢主要為循環水進、出壓差小所致，前期設備就多次出現泵水套滲漏的情況。而泵蓋冷卻水套內結垢，直接影響雙端面機械密封壓蓋內隔離液溫度，造成溫升，進一步影響隔離液換熱情況。

3 采取措施

結合裝置客觀實際情況及生產要求，主要采取以下4 個措施改善PLAN53B 換熱器運行環境、提高換熱效果。

（1）改善雙端面機械密封附屬系統管線布置情況，在管線銳角轉彎處增加排氣閥，保證隔離液系統排氣完全，確保隔離液循環順暢。

（2）定期清理PLAN53B 換熱器。根據設備切換時限，執行每季度對換熱器進行解體清理工作。

（3）采取對泵蓋水套回水外排的形式，降低冷卻水套結垢速度，每季度清理泵蓋水套。由于暫時無法對循環水進行改造，改造工作計劃在停工檢修期間實施。

（4）完善雙端面機械密封沖洗方案，在原設計的沖洗方案上增加PLAN62 方案，防止出現隔離液高溫后氧化結焦的情況。

通過上述措施，目前上述設備機械密封均未出現泄漏故障，使用壽命得到了明顯提高。

4 結語

綜上所述，針對高溫熱油泵雙端面機械密封的故障表現，分析故障原因并提出相應的解決措施，該類型部件的使用壽命、可靠程度明顯得到改善。