高危泵密封可靠性改造

錢宇安

（鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司，浙江 寧波 315207）

高危泵密封可靠性改造

錢宇安

（鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司，浙江 寧波 315207）

通過對高危泵機械密封及其沖洗系統(tǒng)的改造，解決了石油化工行業(yè)中危險介質直接泄漏到大氣中的風險，大大降低了環(huán)境污染和火災事故的發(fā)生。

機械密封；沖洗系統(tǒng)；高溫油泵；液態(tài)烴泵；芳烴泵；高危泵

石油化工行業(yè)中因高溫油泵、液態(tài)烴泵、輕烴泵（統(tǒng)稱高危泵）等引發(fā)的火災事故屢見不鮮，主要原因是密封技術不可靠，高溫介質、液態(tài)烴、輕烴泄漏后污染環(huán)境甚至引發(fā)火災。過去國內因認識、技術及資金不足，這類高危泵的軸封一般采用單端面機械密封，這類密封相對價格較低，但一旦發(fā)生泄漏，運行介質直接漏到大氣，污染環(huán)境甚至發(fā)生火災。隨著國力的日益強盛，大家對安全、環(huán)境保護與健康的要求也不斷提高。

近年來，鎮(zhèn)海煉化全力治理安全隱患，2011年起，開始計劃對175臺高危泵根據(jù)API682-2004“離心及旋轉泵用軸封系統(tǒng)”進行密封式地可靠性改造，根據(jù)運行介質的特性選擇了不同的改造方案，并趁2012年停工大修的機會實施改造。目前，大部分高危泵的機械密封運行已超過12個月（備用泵除外），改造基本告成。

1 高危泵機械密封改造方案

1.1 使用單端面波紋管機械密封和PLAN32沖洗系統(tǒng)

本次鎮(zhèn)海煉化對3 6臺高溫油泵的單端面波紋管機械密封進行了材質的升級：摩擦副材料為優(yōu)質碳化硅或碳化鎢和抗泡疤浸銻石墨；波紋管材料為INCONEL718；輔助密封為柔性石墨。同時對密封的PLAN32沖洗系統(tǒng)按API682-2004標準進行了改造（重新配管，增加了單向閥、流量計、壓力計等），以便于對密封腔的壓力和沖洗流量進行監(jiān)控。

本方案適用于運行介質泄漏到環(huán)境中相對風險較低的高溫油泵，密封端面由外來的潔凈并相對低溫的液體進行沖洗，沖洗液壓力一般高于密封腔壓力0.1～0.2 MPa，正常情況下外部沖洗液會從密封腔流入到被輸送的介質中，所以外部沖洗液應與被輸送的介質相容，同時要考慮它對產(chǎn)品濃度的影響。

當機械密封失效泄漏時，泄漏到環(huán)境中的將是外部沖洗液，所以，本方案可以實現(xiàn)泵送介質向大氣環(huán)境的零排放，當然，選擇外部沖洗液時還要考慮環(huán)境污染的問題。本次改造中，PLAN32外部沖洗液用柴油為多，部分泵用蠟油。

1.2使用雙端面波紋管機械密封和PLAN32+53a沖洗系統(tǒng)

本次對49臺高溫泵進行了機械密封改型，在波紋管材質升級的基礎上，將單端面密封改為串聯(lián)式雙端面波紋管機械密封，主密封采用PLAN 32沖洗系統(tǒng)，次級密封采用PLAN53a沖洗系統(tǒng)。

本方案中，主密封PLAN32外部沖洗液高于運行介質壓力0.1～0.2 MPa（流量不少于8 L/min），次級密封PLAN53a系統(tǒng)中阻塞液罐內壓力通過罐頂一個調壓閥來控制，使罐內壓力高于主密封腔壓力0.14～0.41 MPa，罐內液位和壓力可遠程傳送到操作室DCS（集散控制系統(tǒng)），阻塞液選用白油或潤滑油。

因此，主密封泄漏時，將是阻塞液向泵內泄漏，液位下降到報警低液位時，DCS報警，提醒操作人員處理。次級密封泄漏時，將是阻塞液向泵外泄漏（少量白油或潤滑油對環(huán)境無害），同樣，液位下降到報警低液位時，DCS報警，提醒操作人員處理?？梢?，本方案可以實現(xiàn)泵送介質向大氣環(huán)境的零排放。

串聯(lián)波紋管機械密封結構特點有：

（1）主密封端面壓差ΔP1= P32－P53=－（0.14～0.41）MPa，泄漏方向與離心力方向一致所以屬外流式密封，其端面比壓P1=Pt+（K－λ）ΔP1，其中Pt為彈簧比壓，K為載荷系數(shù)，λ為膜壓系數(shù)（高黏度介質λ取0.3～0.4）。由此可見，主密封端面比壓將低于彈簧比壓，其端面比壓相對較低，對控制密封面摩擦溫度是有益的，但是如果阻塞液壓力高出PLAN32沖洗液壓力過大，密封端面就有被打開從而導致泄漏的風險，因此，阻塞液壓力高出PLAN32沖洗液壓力的值需要合理控制，一般波紋管彈簧比壓Pt在0.2 MPa左右，所以當阻塞液壓力高出PLAN32沖洗液壓力超出0.41 MPa時，端面比壓P1將會太低，端面有泄漏風險。

（2）次級密封端面壓差ΔP2= P53－P0=P32+（0.14～0.41） －0= P介+（0.1～0.2）+（0.14～0.41）=P介+（0.24～0.61）MPa（取大氣壓P0=0），泄漏方向與離心力方向相反，所以屬內流式密封，其端面比壓P2=Pt+（K－λ）ΔP2。由此可見，當P介大于零，次級密封端面比壓將高于彈簧比壓，其端面比壓相對較高，要控制密封端面摩擦產(chǎn)生熱量，彈簧比壓需控制低些。所以，當主、次級密封設計材質、幾何參數(shù)相同時，次級密封的P V值更高，當P介較大時，核對其許用值尤為重要。

（3）主密封靜環(huán)背部壓力高于正面壓力，即P53大于P32，所以靜環(huán)正面需加擋板限位對于PLAN32+53a方案的高溫泵，開泵時的操作技巧很重要（特別是冷泵開泵時）。根據(jù)上述密封原理，灌液時應該遵循先高壓后低壓的原則，也就是先加注阻塞液，然后開啟PLAN32系統(tǒng)沖洗液，最后再開泵入口閥引入運行介質暖泵，同時進行排氣。泵體預熱時，溫度應均勻的上升，每小時的溫升不得大于50℃，每隔10 min盤車轉半圈，溫度超過150℃時，每隔5 min盤車半圈，開泵前泵體表面與有工作介質的進口工藝管線的溫差不能大于40℃，并確認排盡泵內氣體，大修后試車的泵還應進行熱態(tài)找正。同樣如停泵后需交付檢修，應每隔20～30 min盤車半圈，直至泵體溫度降到50℃。

2 高危泵機械密封改造經(jīng)驗

（1）串聯(lián)式機械密封的次級密封均采用了外部循環(huán)，其循環(huán)動力除了熱虹吸動力外，還有來自于泵送環(huán)的動力，而泵送環(huán)的尺寸受到密封腔空間的限制，其揚程只能達到1～2 m水柱，因此，現(xiàn)場安裝PLAN53a和PLAN52系統(tǒng)的儲液罐時，一定要選擇就近的原則（當然考慮操作和檢修的空間也是必要的），根據(jù)API682-2004的要求，為了減少外部循環(huán)中的壓降，儲罐和密封壓蓋之間應盡量縮短管道和盡量少用管件，從泵密封至儲罐的所有管道應至少有1 mm/24 mm的上斜坡度，使用平滑的大彎曲半徑彎頭；儲液罐和機械密封之間的連接管道應是奧氏體不銹鋼管，軸徑小于等于60 mm時管徑最小為12 mm ，軸徑大于60 mm 時管徑最小為18 mm。因此，我們平常配管追求的橫平豎直的標準在這里卻是大豈，容易形成氣阻。

（2）一開始高溫油泵PLAN32系統(tǒng)改造中選用橢圓齒輪流量計，投用時發(fā)現(xiàn)流量計齒輪易卡死，后全部更換成磁浮子流量計。

（3）焊接金屬波紋管在液化氣類的介質中有疲勞失效的傾向，并且波紋管開裂時介質將大量泄漏，故不推薦用于液化氣類及輕烴類等急驟蒸發(fā)性介質的機泵上。

3 結論

鎮(zhèn)海煉化高危泵改造在裝置、維修單位、密封廠家三方的通力合作下，取得了圓滿成功，本項目完成后，避免了危險介質泄漏到大氣中，杜絕了火災的發(fā)生及有害化工介質對環(huán)境的污染，有很好的社會效益。

［1］ 2012年鎮(zhèn)海煉化高溫油泵改造、鎮(zhèn)海煉化液化氣泵改造、鎮(zhèn)海煉化芳烴泵改造相關圖紙資料.

［2］ 王汝美.實用機械密封技術問答.北京: 中國石化出版社，1995.［3］ 胡國楨，石流，閻家賓.化工密封技術，北京:化學工業(yè)出版社，1995.

［4］ 機械密封與密封裝置標準匯編.機械工業(yè)標準化技術服務部，1997.

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Upgrading of high-risk pump seal reliability

TH136

1009-797X（2016）10-0099-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.040

錢宇安（1963-），男，研究方向為石油化工轉動設備的安裝、檢維修技術施工管理。

2016-04-20