氣體分餾裝置烴類機(jī)泵密封泄漏原因分析及改造應(yīng)用

文/李培德 廖福元 趙君昌 高寶鵬 劉光輝

本文作者供職于浙江石油化工有限公司。

70萬t/a氣體分餾裝置脫丙烷塔進(jìn)料泵密封泄漏原因分析及改造方案——?dú)怏w分餾裝置脫丙烷塔進(jìn)料泵為高壓多級泵，密封頻繁泄漏，通過物料性質(zhì)、泵體結(jié)構(gòu)、密封結(jié)構(gòu)的核算與分析，并對其密封結(jié)構(gòu)進(jìn)行針對性的改造，收到了良好的效果，解決了密封泄漏的問題，為裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行奠定了良好的基礎(chǔ)，同時也為類似工況機(jī)泵密封泄漏問題提供了解決思路和寶貴經(jīng)驗(yàn)，有一定的借鑒意義。

某70萬t/a氣體分餾裝置脫丙烷塔進(jìn)料泵為氣分裝置原料泵且為氣分裝置關(guān)鍵泵。該泵自開工以來，頻繁泄漏，平均運(yùn)行周期約7天左右，雖然經(jīng)過多次檢修，更換新的機(jī)械密封，但效果甚微。通過對裝置物料性質(zhì)、泵體結(jié)構(gòu)、機(jī)械密封結(jié)構(gòu)仔細(xì)分析，查找原因，并進(jìn)行針對性的改造，收到了良好的效果，解決了密封泄漏的問題。

基本情況

某70萬t/a氣體分餾裝置脫丙烷塔進(jìn)料泵（P-1001A/B ）型式為BB5結(jié)構(gòu)，操作介質(zhì)為液化氣，操作溫度為40℃，出口壓力2.72 MPa，機(jī)封沖洗方案選用PLAN11+72/76，PLAN11沖洗口從泵二級出口引出，經(jīng)限流孔板后再經(jīng)三通分別至驅(qū)動端和非驅(qū)端密封腔進(jìn)行沖洗冷卻如圖1所示，主要設(shè)計(jì)參數(shù)見表1.

表1 機(jī)封沖洗方案主要設(shè)計(jì)參數(shù)

密封泄漏原因分析

泵體結(jié)構(gòu)

泵密封沖洗管線口設(shè)計(jì)存在問題：該泵設(shè)計(jì)為5級葉輪，首級采用雙吸結(jié)構(gòu)，該泵為臥式雙支撐結(jié)構(gòu)；PLAN11沖洗液從泵二級葉輪出口引出，經(jīng)過一個三通，分別引向泵兩端密封，如圖1所示。

密封機(jī)構(gòu)

主密封作為接觸式濕密封在操作運(yùn)行過程中端面介質(zhì)氣化造成干摩擦：該泵機(jī)械密封設(shè)計(jì)為面對背非接觸式密封（主密封為接觸式濕密封，副密封為抑制密封即為干氣密封）；從每次密封泄漏的拆檢情況發(fā)現(xiàn)：主密封泄漏導(dǎo)致整個密封泄漏，其中主密封為接觸式濕密封，此密封泄漏是由主密封端面的磨損后造成泄漏。對于接觸式濕密封設(shè)計(jì)，保持足夠的蒸汽壓力容限有助于保護(hù)密封端面防止工藝流體在密封面上的局部化沸騰。工藝流體在密封面上的沸騰將會引起密封面潤滑的損失和隨后的密封失效。低密度流體是使密封最容易出故障的一些流體并占有密封修理的高百分比。

沖洗介質(zhì)壓力

密封沖洗壓力不能滿足：該泵PLAN11沖洗液從泵二級葉輪出口引出，泵二級出口壓力約1.174 MPa，API682規(guī)范要求：輕烴類介質(zhì)泵，對于易氣化介質(zhì)要求的裕量是0.35 MPa或者1.3倍，密封腔壓力設(shè)計(jì)要求高于飽和蒸氣壓0.35 MPa；此泵介質(zhì)在操作溫度為40℃，化驗(yàn)分析其飽和蒸氣壓為711 kPa。

沖洗介質(zhì)溫度

實(shí)際操作中，密封在運(yùn)行一段時間后，機(jī)封座發(fā)熱（用測溫槍測量密封座存在超過50℃，而密封腔內(nèi)溫度可能已超過60℃，此時對介質(zhì)飽和蒸氣壓要求更高），側(cè)面反應(yīng)了主密封端面熱量無法帶走，其實(shí)沖洗介質(zhì)已經(jīng)氣化沸騰，即未形成正常液膜，從而導(dǎo)致密封腔溫度升高，已超過設(shè)計(jì)密封腔壓力和溫度，也是造成密封端面無法形成正常液膜，造成泄漏又一因素。

沖洗流量

PLAN11密封沖洗液存在搶量現(xiàn)象：從沖洗管路3通出來引向兩端密封腔流量分配過程中存在不均勻現(xiàn)象，現(xiàn)場巡檢過程中發(fā)現(xiàn)非驅(qū)端密封沖洗管路有時存在環(huán)境溫度現(xiàn)象，即未有介質(zhì)（介質(zhì)溫度40℃）正常流通或流通量較小現(xiàn)象。

改造方案

包含改造前后對比分析（參數(shù)分析）

1）機(jī)械密封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)改造：原機(jī)械密封密封腔主密封增加浮動節(jié)流襯套，如圖2所示。目的：增加密封腔飽和蒸汽壓力，降低密封端面介質(zhì)氣化沸騰，有利于接觸式濕密封液膜形成。

從表2數(shù)據(jù)可知：在增加節(jié)流成套后，密封腔壓力提高了100 kPa左右；在操作運(yùn)行時間上也延長不少。

表2 機(jī)械密封改造數(shù)據(jù)對比

2） 泵密封沖洗管路改造：原密封PLAN11沖洗管路由泵二級葉輪出口引出通過三通分別引向泵兩端密封，改造后原泵密封二級葉輪出口沖洗管線直接引入泵驅(qū)動端密封腔，非驅(qū)動PLAN11沖洗管線從泵出口管線引入到非驅(qū)動密封腔，通過手閥控制確保密封沖洗液壓力、流量，如圖3所示。

3．降低密封腔溫度：對密封腔夾套進(jìn)行循環(huán)水冷卻，以降低密封室內(nèi)溫度，有利于降低介質(zhì)飽和蒸氣壓，密封室溫度降低有利于密封端面液膜形成，如圖4所示。

改造效果

該機(jī)泵密封進(jìn)行了改造，經(jīng)過近半年的運(yùn)行，該泵密封運(yùn)行正常，未發(fā)生泄漏情況，有效地延長了機(jī)泵連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時間，解決了密封泄漏帶來的安全隱患，有力地保障了裝置安全平穩(wěn)運(yùn)行。

結(jié)論

當(dāng)前煉油化工行業(yè)面臨越來越大的環(huán)保及安全壓力，氣分裝置進(jìn)料泵密封一旦失效，導(dǎo)致烴類物質(zhì)外泄及裝置停工，不僅會影響裝置生產(chǎn)運(yùn)行，還嚴(yán)重威脅到人員的安全，甚至?xí)?dǎo)致嚴(yán)重的安全事故和環(huán)境污染。因此，烴類機(jī)泵密封形式的選擇及密封的可靠性、安全性顯得尤為重要。此次對泵密封的改造通過對泵體結(jié)構(gòu)、物料性質(zhì)、密封結(jié)構(gòu)和原理并結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際情況分析，進(jìn)行了有針對性的改造，有效的解決了該類機(jī)泵密封泄漏問題，為更多類似工況的機(jī)泵密封選型、改造提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。 ●