乙烯裝置急冷油泵機械密封改造分析

王煥坤

（中國石油天然氣股份有限公司廣東石化分公司，廣東 揭陽 515200）

0 引言

以乙烯裝置80萬噸/年為例，其使用美國的某公司專利技術。乙烯裝置裂解單元擁有一臺USC-12 M型式的氣體裂解爐與USC-176 U型式的液體裂解爐七臺，某公司在急冷油塔與急冷水塔中采取了專利波紋塔盤，其優勢為性能高效、流通數量龐大、壓力非常小、不易結焦、且運轉周期長等。而制冷分離單元則使用前脫丙烷前加氫程序，高低壓塔脫丙烷，而開式熱泵系統構成為乙烯精餾塔與乙烯制冷壓縮機，同時使用了某公司新研發的HRS乙烯分離熱集成精餾技術。

此外，急冷油塔塔底的急冷油借助急冷油反復抽壓泵抽出，通過機械刮渣來濾除雜質，清理掉2 mm之上的焦粒，隨即流入急冷油管路。急冷油管路具備三股回路：首先，經過稀釋蒸汽發生器、急冷油再沸器針對技藝水受熱，從而冷卻急冷油，且收回急冷油高品位熱能及其產生的稀釋蒸汽；接著，急冷油流入重燃料油氣提塔，借助高壓蒸汽及其裂解氣實施汽提減黏，最后急冷油流至急冷器當中，針對廢熱鍋爐產生的裂解氣實施油冷卻。

1 急冷油泵具體介紹

1.1 急冷油泵相關參數分析

此乙烯裝置急冷油循環泵借助了單級雙吸兩端支承徑向剖分式離心泵，日本某公司制造的A泵通過透平驅動，B/S 泵則需電機驅動，具體產品類型為16HQS-356，出口壓力為1.1 MPa，設計的額定流量為2 531～3 037.5 m/h，揚程為100.61 m，轉速為980 r/min，實施PLAN32+62機泵密封方案。

急冷油循環泵入口壓力是0.15 MPa，對于雙支承泵出口處密封腔的壓力偏大，具體為0.6～0.9 MPa。其中入口壓力小，且密封腔壓力不大，極易發生技藝性抽空、氣蝕機械密封問題，急冷油泵日常溫度下黏度在95.36 mm/s，一旦增大極易導致波紋管開裂問題；急冷油中雜質含量大，很容易導致密封斷面劃痕及其波紋管失彈；另外，急冷油具備腐蝕性，容易導致腐蝕漏洞。

1.2 急冷油泵出現問題的具體狀況

泵投入運行之后發生問題頻次增多，其問題集中在驅動端與非驅動端軸承產生落架、滾動體受損加劇、支撐架受損、喉部襯套和軸套出現剮蹭、主軸與機械密封軸套咬合、機械密封發生漏洞等問題。

1.3 急冷油泵相關問題起因解析

因為急冷油自身特別性，此泵無法使用串聯密封，而是通過API682C型標準密封，沖洗使用“32+62”的計劃，能夠化解急冷油雜質大于低溫下黏度大的現象。畢竟泵的雜質相對非常大，設計顆粒直徑最大是25 mm，沖洗設立在口環與密封處，且使用油盤，確保密封日常工作，利用低壓蒸汽作為密封急冷介質，急冷油溫度可下降，確保密封在適當的工作狀態下運轉，針對泵備用過程中，低壓蒸汽也能應用到加熱密封腔中的急冷油，確保不冷凝，一旦出現冷凝問題，會造成波紋管喪失彈性，同時喪失了補償技能，勢必引發密封漏洞，冷凝急冷油，且在泵開啟過程中，造成扭矩過載，導致密封受損問題[1]。

然而，在設計“62”計劃時，低壓蒸汽無蒸汽流入限流設備，單純借助管道上方閘閥調整蒸汽數量，一旦閘閥開啟過大，造成蒸汽流量超量問題，極易導致油封流入軸承箱，潤滑油與油水攙合導致乳化，從而造成軸承潤滑成果欠佳，軸承受損，滾動體架落。軸承落架之后，整體轉子喪失了支撐點，其泵體內部中心位置產生了位移，旋轉中發生金屬間的碰撞，會造成喉部襯套和軸套產生磨損，泵軸受損、機械密封動環破裂，出現急冷油泄漏問題。

2 具體出現的相關問題

急冷油能夠長時間平穩運轉，其主要原因為機械密封性，通過上述起因解析，機械密封應用了“32+62”計劃，如果出現操控疏漏，低壓蒸汽數量超標，勢必導致軸承箱里面潤滑油乳化，軸承架掉落，存有極大安全潛在風險。同時急冷油泵傳送介質最大運轉溫度超過200 ℃，則算是高溫熱泵管控范圍，應用單端面機械密封，重點問題出現在動靜環端面方面，且單端面密封只存在一個端面，假設密封出現漏洞，高溫急冷油勢必造成四周環境污染，不但出現機泵問題，也破壞環境，情況嚴重更會發生火災、爆炸，勢必給人身安全帶來潛在風險。基于此，改造急冷油泵密封務必盡快執行。

3 急冷油泵機械密封改造研究

3.1 高溫熱油類密封的篩選型號

3.1.1 篩選型號基礎標準

高溫熱油泵密封需要應用切合API682—2004標準的背靠背、面對面、面對背存在壓雙端面密封，有特別狀況則要考量篩選面對背沒有壓雙端面密封。

3.1.2 沖洗計劃篩選

高溫熱油泵雙密封可參照場地實踐狀況來篩選P21(23、32)+53A(B)、 P21(23、 32)+54 或P21(23、32)+74；無壓雙密封構造則要確保排放的安全性。介質中一旦存在固體顆粒等雜質極易導致密封受損，應用P32外沖洗；介質非常干凈則應用P21自沖洗[2]。

3.1.3 密封方式與材質篩選

高溫泵密封彈性零件力推使用耐高溫金屬波紋管，參照介質腐蝕程度與熱度來篩選不一樣材質的金屬波紋管。

3.2 確立高溫熱油類密封方案

通過以上密封計劃與篩選型號標準及其實際此泵改造經歷，結果選取P32+53A密封方案。此方案及其篩選型號優勢為內側密封為主密封，其可承擔密封罐封液和PLAN32沖洗液之間的相互壓差，使用靜止型波紋管密封構造，設計科學，PLAN32沖洗計劃使用內側密封，則為外部連接封油管線，其可內側密封來輔助外側密封，從而起到很好的密封效果。此外，密封罐當中密封液壓力附著于外側輔助密封上面，所以外側附屬密封需采取金屬波紋管密封。而P53A方案適用于外側附屬密封，干凈高純度氮氣植入密封罐當中增壓，直到比PLAN32方案中沖洗液壓力多出0.14～0.41 MPa終止。在主密封失去成效時，外側密封也能在規定時效內產生密封效果，從而留有充足時間替換設施，確保技藝介質無法排泄至空氣中。

內側三主密封或者外側密封日常應用過程中，會產生微量排泄，機泵使用過后，密封罐內密封液體因排泄而漸漸降低，一旦降低至液位開關浮球方位時，液位開關自動開啟提示功能，此時則需應用柱塞泵向密封罐中補足密封液，隨后回歸正常液位時，機械密封則可正常平穩運轉。隨后的日常檢查中，密封罐液位小于標準線時，需補足液體，一旦降低至規定值時，壓力警報開啟，隨后需要再次加壓氮氣，從而確保設施平穩運轉。

假設內側主密封失去功效時，勢必導致密封罐當中的密封液轉向泵腔內排泄，密封液液位降低，密封罐中氮氣壓力降低，直到預警數值之下，隨后液位與壓力開關給予警報，如果密封罐頂端壓力表參數和泵密封腔內壓力相同，則推斷為主密封失去功效，則泵需立刻暫停運轉，替換全新的機械密封。

當外側輔助密封運轉介質干凈，且情況趨于平穩，不會導致受損；一旦外側輔助密封喪失功效，將直接導致空氣側出現白油泄漏，灑落在泵基本臺面上，且密封罐當中的密封液液位降低，密封罐當中氮氣壓力值減少，直至降低至警報數值之下，液位與壓力開關給出警報，隨后密封罐中氮氣壓力會減少到常壓，密封罐頂端壓力表數字為零，則需立即暫停運轉，替換全新的機械密封[2]。

3.3 機械密封與系統改造重點留意事項

PLAN32方案要支持相對平穩的外沖洗液。此外，PLAN53A需要給系統帶來平穩的氮氣壓力源，同時液位與壓力開關則要植入DCS系統當中，把收集的信息應用到DCS中，進而達成遠程監控及其實時報警。同時需要給儲液罐帶來耐高溫白油或理化性能類似的潤滑油。針對此輔助系統，則要參照場地實踐狀況裝置罐體及其所牽涉緩沖介質不銹鋼管線，同時當場制作成型之后再焊接。

4 整體改造效果分析

借助機械密封方案優化升級，從而提升此泵的使用周期，比如：檢修時長由1 年提升至2 年上下，機泵平均維護間隔周期MTBF從122升上到141。

再加上原先PLAN62方案被取締，無密封蒸汽流入，此泵驅動端與非驅動端軸承箱里面潤換油檢查含水數量為零，基本化解了潤滑油乳化侵入油膜問題，從而提升了軸承潤滑成效，減少各零件相互間的磨損。最終提升了機械密封運轉穩定性，解決了主密封失效急冷油漏洞排泄至空氣中的潛在風險。同時解決了密封蒸汽進入，凝結水會順著急冷油滴落在泵基礎臺面上，導致四周環境小范圍不達標問題，同時也降低了整體清掃衛生的難度。由于泵相對運轉周期加長，維護成本極大降低，又防止發生急冷油受損，縮減了人工維護費用，節約了設施零件替換成本，核算下來每年可節約經濟收益達到六十萬元。

5 結語

總體而言，急冷油泵使用了P32+53A密封方案，借助背靠背串聯高溫金屬波紋管密封，啟動持續工作72 h，且油系統運行無故障，密封罐油入口溫度在60 ℃，出口溫度在50 ℃，相差10 ℃，液體位置自始至終確保在75%～85%區間，壓力平穩在0.6 MPa，機封運行到現在大約一個月，其驅動端與非驅動端密封運轉情況優良，期間無發生一級或二級密封泄漏問題。