油漿泵機械密封泄漏分析及處理措施

謝雪剛

（中國石油化工股份有限公司九江分公司，江西九江 332000）

1 石油化工工程案例

某石油化工企業(yè)的催化裂化裝置是由當地中石化直屬研究院嚴格執(zhí)行行業(yè)標準所設計的，該裝置的分餾單元為原料油裂化單元的補給單元。該裝置的油漿泵型號為P-1210A，分餾塔型號為T-1210。底油漿既是中間環(huán)節(jié)的半成品，也是特殊環(huán)節(jié)的生產原料。底油漿經冷卻凝固處理后，作為半成品進行輸出。該輸出環(huán)節(jié)的升壓泵由2 臺主機泵構成，其中一臺用于提供運行動能，另一臺屬于備用裝置，以備在突發(fā)狀況下補給動能。需要格外注意的是，電機與升壓泵置于同一基座，能夠實現(xiàn)整體安裝，降低了安裝難度。

2 油漿泵機械密封泄漏過程

2.1 油漿泵機械密封泄漏檢查與處理過程

2013 年4 月中旬，接到石化生產任務后，運行二部正式推行三班連倒模式。21：00 催化裂化裝置外操員進行外部巡檢。22：20—22：30，催化裂化裝置外操員對各個分餾單元實行巡視檢查。需要格外強調的是，隨著石化生產進程的深入，各時間段的巡檢內容不同。該階段的重點巡檢內容主要包括檢測機泵體表溫度、振動頻率、運行壓力與油位變化情況。22：40 發(fā)現(xiàn)油漿泵機械密封泄漏。巡檢員第一時間與內操員和班長取得聯(lián)系，如實反饋現(xiàn)場概況。班長趕往現(xiàn)場后，發(fā)現(xiàn)機械密封處油漿泄漏，當即暫停油漿泵，封閉機泵出入口。次日凌晨2：00，催化裂化裝置外操員開始吹掃隔離泄漏機泵。6：30 作業(yè)結束，拆解檢查泄漏機泵。

2.2 機械密封裝置拆檢過程

該油漿泵機械密封裝置有獨立的應用程序編程接口，與控制中心站直接相連，極大保證了驅動與反饋的時效性。在確保機械密封裝置具備解體條件的前提下，拆卸單級懸臂離心泵，逐一檢查各零配件的完整性、靈敏性與制動性。檢查過程中外操員發(fā)現(xiàn)機泵外殼體與靜環(huán)之間，密封動環(huán)與軸套之間，均存有少量焦化顆粒。但是，密封動環(huán)表面光滑平整，無明顯異樣。根據機械密封裝置拆檢結果可知，內體主零配件沒有明顯泄漏點。

3 油漿泵機械密封泄漏的原因

機械密封失效的原因是設計不合理、安裝不達標、維護不到位，且機械密封本體原因與輔助密封沖洗系統(tǒng)故障也不容忽視。油漿泵所用的機械密封形式多樣。但無論是哪種機械密封形式，泄漏點都集中在如下部位：機泵外殼體與機泵密封部位的端蓋之間；機泵密封動靜環(huán)之間；機泵動環(huán)與軸套之間；機泵頸環(huán)與密封座之間；機泵泵軸與軸套之間。油漿泵機械密封失效的原因可劃分為直接原因和間接原因。

3.1 直接原因

該油漿泵使用的是PLAN32 沖洗方案。通過全面審查設備零配件供應商提供的材料質量合格證明文件以及整體裝置裝配質量驗證報告可知，其符合美國石油協(xié)會API 682—2014 標準，而且，整體裝配標準領先于行業(yè)水平。

對于油漿泵來說，選擇合理的沖洗介質至關重要。由于石化生產環(huán)節(jié)常壓蒸餾殘留的重油組分分子量大、沸點高，且高溫條件下易分解，極易導致餾出的產品變質，甚至產生焦化顆粒，降低成品產量與質量等級。因此，會通過降低蒸餾壓力的方式，調整蒸餾原料油的沸點，提升輕質組分攝取量。由此，該裝置的沖洗介質采用減壓蒸餾塔所適用的二線蠟油。同時，進入催化密封緩沖罐的油溫需要控制在120～150 ℃。

蠟油經催化密封緩沖罐進入沖洗部位后，自體溫度會迅速下降，在物理學機制影響下，與泵體內介質溫度保持一致。若蠟油溫度降低至80 ℃左右，會大幅削弱流體性能，變得異常黏稠。處于這種物理狀態(tài)下的蠟油會凝固在密封彈簧部位，影響密封彈簧的制動性能。在石化生產過程中，如果密封環(huán)失效或調整不及時，極易導致密封面出現(xiàn)泄漏點。

由此可知，針對原本持續(xù)運轉時間較長，拆檢后零配件無明顯破損的油漿泵，應重點分析工藝系統(tǒng)。

3.2 間接原因

P-1210A 密封沖洗油進入油漿泵前，經內操員現(xiàn)場測試可知，約有50 mm 的管道無伴熱。P-1210A 為凱士比機泵設計有限公司設計。該油漿泵設計參數：流量35 m3/h，揚程70 m。該油漿泵的葉輪規(guī)格較小且密封腔狹窄，極易使蠟油凝固聚集。

3.3 管理原因

針對油漿泵密封泄漏問題，機械設備管理不到位也是一大因素。使用蠟油作為沖洗液時，內操員的低溫介質泵的風險意識不足，其設備管理技術不符合崗位要求，且P-1210A 密封沖洗油壓力表量程不合理。經系統(tǒng)調查，油漿泵機械密封壓力控制閥范圍為1.35～1.55 MPa，壓力表限定量程極值僅為1.6 MPa。內操員對單級機械密封機泵的管理缺乏重視，未能預先識別可燃介質機泵對單級機械密封所帶來的風險。

再者，內操員在向班組長匯報情況時出現(xiàn)疏漏，導致調度滯后。盡管內操員經過了一系列的崗前培訓，但實踐操作不夠熟練。

4 油漿泵機械密封泄漏的處理措施

（1）排查催化裂化裝置中的油漿泵機械密封裝置，對機械密封裝置實行風險評估。如果使用蠟油作為沖洗介質，則需改善低溫介質，編制科學可行的機械密封處理方案。在實踐工作中，始終遵循“整改不到位，油漿泵不投產”的原則。

（2）逐一排查增補部分的核心機泵，增設DCS 遠程緊急停泵功能。

（3）全面排查裝置壓力表類型與量程參數，確保壓力表硬性指標滿足標準要求。

（4）加強應急演練與應急培訓。

（5）提高密封性的措施。

4.1 開槽斜面擠緊軸套式密封結構

對于密封軸套墊泄漏問題，工作人員采用開槽斜面擠緊軸套式密封結構，該結構定位傳動的可靠性較強，拆卸安裝較為便利，而且不會對軸產生較大損傷。另外設有限位板，可為泵外調整密封壓縮量提供諸多方便。波紋管徑內部設有45°傾斜角，可起到分散應力的作用，優(yōu)化螺紋管的使用性能。采用柔性石墨作為輔助密封的主要材料，其耐高溫性能較強，可承受425 ℃高溫。

4.2 應用耐磨性較強的副材料

油漿泵的介質當中含有一定固體顆粒，工作人員要在摩擦副動環(huán)表面涂抹適量的氧化鉻，以YG 為靜環(huán)材料，這種材料形式為硬質合金—硬質合金的形式。兩種材料的硬度差異較為明顯，這樣不僅可以規(guī)避動靜環(huán)密封面損傷問題，而且可嚴格控制密封面熱裂問題。由于高溫條件下，密封環(huán)鑲嵌結構脫落現(xiàn)象較為普遍，因此工作人員可應用整體結構密封環(huán)，密封壓縮量為3.4 mm，嚴格控制密封面的摩擦熱。

4.3 以金屬波紋管為旋轉動環(huán)

以往的結構中主要采用靜止結構作為機械密封，在波紋管縫隙中間容易生成油漿焦塊。為有效避免機械密封波紋管縫隙出現(xiàn)焦塊的問題，工作人員可采取旋轉型的金屬波紋管。旋轉式的波紋管密封結構受到旋轉離心力的作用，能夠自動清洗波紋管，從而嚴格控制波紋管外圍沉積和內側結焦等問題，并且還可避免由于急冷縮導致的波紋管變形問題。

4.4 優(yōu)化密封冷卻、沖洗效果

受到高溫介質和短時間機械負荷及熱負荷的影響，高溫油漿泵的密封面間穩(wěn)定液膜的狀態(tài)發(fā)生了較大變化，從以往的液態(tài)逐漸轉變?yōu)檎羝跔顟B(tài)改變過程中，受到溫差因素的影響產生了不同程度的輻射狀徑向裂紋。為保證密封摩擦副的冷卻效果，工作人員需改變循環(huán)水冷方式，設置輕柴油冷卻系統(tǒng)，同時在原有密封壓蓋的進出冷卻孔直徑基礎上延長2 mm。采取上述處理方式能夠提高冷卻介質氣化流量，冷卻效果也將發(fā)生較大變化。為防止出現(xiàn)催化劑顆粒粘結現(xiàn)象，工作人員還需擴大沖洗孔直徑，直徑從原來5 mm 延長至7 mm，且嚴格控制沖洗壓力，沖洗壓力為0.5 MPa。改進自動沖洗后，密封端面的溫升將得到有效控制，且液相面積顯著增大，摩擦狀態(tài)發(fā)生明顯變化。

5 結語

維護石油化工裝置設備的高效運轉，是提高石化生產效率的必要條件。在石化裝置設備維護檢修中，油漿泵機械密封的防泄漏處理至關重要，務必引起設備技術人員高度重視。