脫丁烷塔塔底泵密封泄漏的原因分析及處理

付超，馬彪，周家成，趙萬(wàn)慶

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司，新疆 獨(dú)山子 833699）

脫丁烷塔塔底泵密封泄漏的原因分析及處理

付超，馬彪，周家成，趙萬(wàn)慶

（中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司，新疆 獨(dú)山子 833699）

脫丁烷塔塔底泵因?yàn)槊芊庑孤┒啻瓮C(jī)檢修，本文對(duì)泄漏原因進(jìn)行了分析，認(rèn)為密封沖洗量不足、沖洗介質(zhì)不潔凈和O型圈材質(zhì)不合理是密封泄漏的主要原因，針對(duì)泄漏原因，采取了擴(kuò)大節(jié)流孔板直徑、增加沖洗液過(guò)濾器和更換O型圈材質(zhì)的處理措施?，F(xiàn)場(chǎng)使用效果良好，為現(xiàn)場(chǎng)解決密封泄漏問(wèn)題提供一種方法和思路。

密封泄漏；改造；沖洗

脫丁烷塔塔底泵是某石化分離裝置的重要機(jī)泵，根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，2015年全年檢修密封頻次高達(dá)6次, 平均運(yùn)行壽命僅有2個(gè)月。由于該機(jī)泵所輸送的介質(zhì)為易燃易爆介質(zhì)，密封經(jīng)常泄漏存在安全生產(chǎn)隱患，不僅增加了機(jī)泵的檢修作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本，而且影響到上下游裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行（見(jiàn)圖1、2）。

圖1 脫丁烷塔塔底泵

圖2 改造前節(jié)流孔板尺寸圖

1 原因分析

根據(jù)密封結(jié)構(gòu)，對(duì)密封安裝時(shí)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的預(yù)緊量、密封結(jié)構(gòu)有無(wú)沖洗死區(qū)，沖洗系統(tǒng)是否符合要求，軸套有無(wú)變形毛刺、O型圈與介質(zhì)是否相溶等一系列環(huán)節(jié)，進(jìn)行了原因排查。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致密封泄漏有以下3個(gè)方面的原因。

1.1 沖洗液流量不滿足密封沖洗要求

足夠的密封沖洗液不僅將密封產(chǎn)生的摩擦熱帶走，還將保證密封各元件在潔凈的環(huán)境下工作。如果沖洗液的流量不夠，將無(wú)法實(shí)現(xiàn)沖洗液的功能，終將導(dǎo)致密封泄漏。

在脫丁烷塔塔底泵中,介質(zhì)流量59.4m3/h、吸入壓力0.49MPa、排出壓力1.035MPa、操作溫度109℃、介質(zhì)密度0.668kg/m3，沖洗線節(jié)流孔板直徑為4mm。根據(jù)流量計(jì)算公式可以得出密封沖洗流量?jī)H為1.05m3/h，小于密封腔實(shí)際所需沖洗液流量1.5～2.0m3/h，不能滿足機(jī)械密封的沖洗要求。

1.2 沖洗液潔凈度不滿足密封沖洗要求

含雜質(zhì)的沖洗液，不僅不能保證密封摩擦副間的潔凈，而且會(huì)將雜質(zhì)帶入到密封摩擦面之間，造成密封面刮擦并出現(xiàn)劃痕，導(dǎo)致密封泄漏。脫丁烷塔塔底泵沖洗介質(zhì)由該泵出口介質(zhì)引入，由于該泵輸送的介質(zhì)中所含組分較多，且不穩(wěn)定，極易形成固態(tài)或晶體，在拆解的機(jī)械密封摩擦副中，發(fā)現(xiàn)大量的雜質(zhì)及結(jié)膠物（見(jiàn)圖3、4），分析認(rèn)為沖洗液不干凈，導(dǎo)致密封失效。

圖3 密封中存在大量雜質(zhì)

圖4 密封面結(jié)膠

1.3 O型密封圈材質(zhì)與物料介質(zhì)不相容

脫丁烷塔塔底泵靜環(huán)密封圈材質(zhì)采用的是氟橡膠，通過(guò)查閱 《橡膠密封制品實(shí)用加工技術(shù)》等技術(shù)資料發(fā)現(xiàn)，氟橡膠適用的介質(zhì)僅僅是熱油、蒸汽、空氣、無(wú)機(jī)酸、鹵素類(lèi)溶劑，但耐低溫（冬季）和耐酸堿等性能相對(duì)較弱，長(zhǎng)期與腐蝕性較強(qiáng)的堿液接觸，就會(huì)造成密封圈整體溶脹變形、腐蝕變硬、皸裂繼而失彈（見(jiàn)圖5、6），從而失去輔助密封的作用。

圖5 使用前的密封圈

圖6 發(fā)生溶脹變形的密封圈

2 處理措施

根據(jù)上述原因分析，采取以下3項(xiàng)處理措施。

2.1 改變節(jié)流孔大小

為了確定節(jié)流板的合適孔徑，既要滿足沖洗量約1.5～2.0m3/h的要求，又不能過(guò)大導(dǎo)致對(duì)密封面的沖擊造成點(diǎn)蝕，按照下式對(duì)節(jié)流板孔徑重新進(jìn)行校核計(jì)算。

式中，薄壁孔流量系數(shù)Cd=0.62.節(jié)流孔板前后壓差ΔP =0.545×106Pa，介質(zhì)密度ρ=0.668kg/m3，節(jié)流孔面積為A=π（D/2）2m2。

將允許沖洗流量的上下限，帶入以上公式計(jì)算得節(jié)流孔dmin=5.58mm，dmax=6.35mm。為了便于加工，同時(shí)避免流量處于極限附近不穩(wěn)定，節(jié)流板直徑取6mm，然后校核流量為1.876m3/h，符合使用要求。在原有節(jié)流孔板基礎(chǔ)上，將節(jié)流孔直徑由4mm改為6mm（圖7、8）。

圖7 改造后節(jié)流孔板尺寸圖

圖8 改造后的節(jié)流孔板

2.2 沖洗系統(tǒng)增加過(guò)濾裝置

受設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況及工藝條件的限制，無(wú)法改變沖洗介質(zhì)含雜質(zhì)的現(xiàn)狀,同時(shí)也無(wú)法引入其它介質(zhì)（如水）作為沖洗介質(zhì)。

為了解決以上問(wèn)題，從原系統(tǒng)出口管線中增加旁路，引入機(jī)械密封沖洗系統(tǒng)，在旁路上設(shè)置2路并聯(lián)管線，分別增加過(guò)濾器，通過(guò)在線壓差儀表監(jiān)測(cè)前后壓差（見(jiàn)圖9）。在前期試用過(guò)程中，兩路過(guò)濾器安裝不同目數(shù)的過(guò)濾網(wǎng)，驗(yàn)證最佳的過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)。在后期的使用過(guò)程中，兩路過(guò)濾器安裝相同目數(shù)的過(guò)濾網(wǎng)，當(dāng)密封系統(tǒng)沖洗前后壓差增大后，可以在不停機(jī)的情況下，在線更換過(guò)濾網(wǎng)，同時(shí)啟用另外一路過(guò)濾器（見(jiàn)圖10）。避免為了清洗過(guò)濾網(wǎng)，必須頻繁切泵影響機(jī)械密封的使用壽命。

2.3 更換密封圈材料

為了尋找和確定最合適的密封圈材質(zhì)，通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》《潤(rùn)滑與密封原理》及《常用工程材料》等技術(shù)資料，發(fā)現(xiàn)丁腈橡膠（UA）、硅橡膠（UK）和填充聚四氟乙烯（PTFE），也可以作為O型密封圈的材料。對(duì)這3種常用的輔助密封圈材料性能進(jìn)行對(duì)比后，選擇比較適用于低溫泵輕烴介質(zhì)的填充聚四氟乙烯，來(lái)作為O型圈材質(zhì)，以解決密封圈與輕烴接觸溶脹變形，

繼而失效泄漏的問(wèn)題。

圖9 改造后的工藝流程

圖10 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果圖

3 改造效果

改造后,脫丁烷塔塔底泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好，到目前為止還未對(duì)該設(shè)備進(jìn)行檢修，已連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月,達(dá)到改造目標(biāo)。此次改造，節(jié)約配件費(fèi)、人工費(fèi)和停工減產(chǎn)物料費(fèi)共計(jì)35.84萬(wàn)元/年，經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過(guò)改造，解決了脫丁烷塔塔底泵密封泄漏的故障，消除了安全隱患，確保了設(shè)備長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，具有較好的社會(huì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

此次改造經(jīng)驗(yàn)可以推廣到其他類(lèi)似機(jī)泵密封的改造上，為以后處理類(lèi)似問(wèn)題提供依據(jù)。此次改造，僅就設(shè)備本身采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施，通過(guò)工藝操作優(yōu)化，避免出現(xiàn)超負(fù)荷、氣蝕等非正常工況，可進(jìn)一步延長(zhǎng)機(jī)泵使用壽命。

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