低溫甲醇泵機械密封的檢修與改進

湯侃 中國石化集團巴陵石化公司

低溫甲醇泵以其能源利用率高、技術成熟的特點被廣泛應用于國內外合成氨、合成甲醇的工藝設備中。低溫甲醇洗崗位為甲醇循環(huán)提供動力的關鍵設備，其運行穩(wěn)定是工藝系統(tǒng)正常作業(yè)的關鍵，且由于貧甲醇易燃易爆的特點，其一旦發(fā)生泄漏，將極大地影響生產(chǎn)安全[1]。低溫甲醇泵作為低溫甲醇洗工藝的重要設備，由于受工作環(huán)境和工作條件的影響，一直在低溫的工況。在某些低溫工況情況下，容易出現(xiàn)嚴重的機械密封泄漏問題，從而直接導致低溫甲醇泵運行周期縮短、檢修頻繁，大大降低了運行效率，妨礙了低溫甲醇洗單元的正常運行。本文結合低溫甲醇泵的工作原理，通過多年實際工作的積累，全面探討引起機械密封泄漏的原因，并且提出了解決低溫甲醇泵機械密封泄漏問題的措施[2]。

一、低溫甲醇泵的泄漏問題

低溫甲醇泵的泄漏問題在運行過程中，低溫甲醇泵機械密封泄漏的存在多個因素，主要對下面三個問題進行探討[3]。

1.低溫甲醇泵機械密封泄漏。低溫甲醇泵為甲醇循環(huán)提供動力，備用低溫泵基本始終處于冷態(tài)備用狀態(tài)。在冬季，廠區(qū)環(huán)境溫度較低，最低能達到零下30 多度。且備用低溫泵的機封蓋和泵軸始終與低溫甲醇接觸密切，在熱傳導的作用下，一般情況下，軸承箱表面溫度都在零下-20～-40℃，其表面嚴重結霜，軸封端密封液甲醇外漏嚴重?，F(xiàn)場發(fā)現(xiàn)機械密封泄漏后，一般都使用蒸汽進行吹掃，雖然可以快速降溫，但是由于機封受冷熱交匯的影響，密封面容易發(fā)生變形，直接導致機械密封的端面比壓發(fā)生改變，于是直接影響到機械密封兩側的熱力平衡狀態(tài)，使其被破壞，端面溫升嚴重化、介質氣化，最終使密封失去作用。

2.低溫甲醇泵密封腔內存在雜質顆粒。在運行過程中，低溫甲醇泵對密封介質的純凈度要求較高，因為在低溫泵機密封腔內，一些雜質顆粒常常隨密封沖洗液“偷偷”進入密封端面及密封圈內，直接導致靜環(huán)磨損，降低密封圈內密封效果。從某種程度上來講，密封效果的降低，直接導致了嚴重的密封泄漏現(xiàn)象。初開車時機封沖洗液采用甲醇，甲醇由裝置內甲醇收集罐V05 提供，低溫泵運行一月至兩月后都出現(xiàn)了密封罐的液位頻繁往上漲的情況。嚴重時每隔3 小時就要對密封罐液定排，拆下檢查后發(fā)現(xiàn)靜環(huán)與動環(huán)之間的密封面造到磨損。

3.低溫甲醇泵機械密封靜密封點泄漏。在檢修過程中，通過多次對低溫泵機械密封的拆檢。發(fā)現(xiàn)運行周期在兩至三個月后，動環(huán)與軸套間、軸套與軸間密封O 形圈嚴重老化，有些甚至脫落。

使用情況：該泵機械密封經(jīng)常發(fā)生突然失效，現(xiàn)場甲醇從緩沖液罐頂排氣管冒出造成大量外漏。分析其產(chǎn)生的原因為：介質攜帶有顆粒狀雜質，檢查發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯密封環(huán)（C 型環(huán)）密封面上有劃傷；檢修不便，在動環(huán)位置調整變化時因C 型環(huán)跟隨性不好造成其難以安裝到位。因此存在著機封失效后甲醇外漏，現(xiàn)場有甲醇中毒及起火爆炸危險。

二、改進措施

1.改進機械密封冷卻系統(tǒng)沖洗方案。針對一級主密封端面沖洗方案的設計缺陷，將沖洗方案改為 API610 Plan21+52+61 的沖洗方案，將原來出口自沖洗改為出口加換熱器的冷卻自沖洗。即在原泵出口密封沖洗管線上加裝換熱器，將高溫甲醇沖洗液進行預冷卻，保證在該壓力下甲醇沖洗液處于液體狀態(tài)而非汽液狀態(tài)，從而使一級端面的沖洗介質以甲醇液體的方式對密封副端面進行沖洗和冷卻，保證沖洗液能夠及時帶走摩擦副端面產(chǎn)生的摩擦熱量，防止摩擦副動靜環(huán)由于高溫而出現(xiàn)干摩擦損壞現(xiàn)象。

2.選擇合適的密封副材質。針對該機械密封一級主摩擦副動靜環(huán)選型情況進行改進，將原來的碳石墨環(huán)摩擦副配合改為一軟一硬的摩擦副配合。將靜環(huán)改為氣相滲透的SiC 陶瓷。SiC 陶瓷材料是到目前為止發(fā)現(xiàn)的最好的摩擦副材料，具備以下優(yōu)良性能：適合高PV 值的摩擦副組對，重量輕，是WC 的1/5；比強度高，摩擦系數(shù)小，硬度高于硬質合金（HRA90～94），抗輻射性好，具有一定的自潤滑性，組對性好，化學穩(wěn)定性、耐熱性、熱傳導性都很優(yōu)異，它既具有碳石墨自潤滑的優(yōu)點，又具有WC 高硬度、抗沖擊以及導熱系數(shù)高的特性，最大限度的提高摩擦副的端面導熱能力及耐沖擊能力，從而防止動靜環(huán)碎裂。

3.改進密封沖洗液進入密封腔的方式。將原一級主密封系統(tǒng)的多點徑向沖洗方式改為和多點切向沖洗方式對摩擦副端面進行沖洗，由于將沖洗液進入摩擦副端面方式改為切向進入，沖洗液在切向摩擦副旋轉慣性力的帶動下更容易進入密封摩擦副端面，以最佳的冷卻方式對摩擦副端面進行沖洗及降溫，防止摩擦副產(chǎn)生的熱量在端面內部集聚，從而達到最佳的冷卻、降溫效果。

三、結語

經(jīng)對國外進口機械密封損壞原因進行了分析后，針對原設計缺陷進行了逐項針對性的改進。經(jīng)改進后的機械密封現(xiàn)場安裝后在一年內運行十分穩(wěn)定，使用壽命由有了大幅提高，未出現(xiàn)過任何非正常的泄漏和損壞現(xiàn)象，能有效維持三年的良好運行。