易聚合介質(zhì)離心泵機(jī)械密封改造

李博宇

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

1 設(shè)備概況

乙烯裝置除了生產(chǎn)乙烯、丙烯產(chǎn)品外，還會生產(chǎn)C4、裂解汽油等副產(chǎn)品。輸送這些介質(zhì)的泵一般為普通離心泵，采用雙端面機(jī)械密封，其中脫丁烷塔塔底泵自裝置開工以來，機(jī)械密封泄漏頻繁，嚴(yán)重影響裝置的安全平穩(wěn)運(yùn)行，造成環(huán)境污染和較大的經(jīng)濟(jì)損失。

脫丁烷塔塔底泵型號為EP-3461，介質(zhì)為裂解汽油，為臥式離心泵，由蘇爾壽泵業(yè)有限公司設(shè)計制造。泵體部分的密封為兩套串聯(lián)的機(jī)械密封，即約翰克蘭PLAN11+52 密封方案。設(shè)備主要參數(shù)：流量22.68 m3/h，揚(yáng)程60 m，吸入壓力0.431 MPa，排出壓力0.85 MPa，泵送溫度105 ℃，轉(zhuǎn)速2980 r/min。

EP-3461 進(jìn)料為ET-3461 脫丁烷塔的粗裂解汽油，出口物料與來自EP-3323 的汽油匯合，一同送至裝置界外，主要是為了維持脫丁烷塔塔釜液位，同時保證產(chǎn)品外送量。

裝置開工以來，該泵機(jī)械密封頻繁發(fā)生泄漏，過去4 年內(nèi)機(jī)泵因機(jī)械密封泄漏累計檢修15 次，平均每3 個月機(jī)械密封就會發(fā)生泄漏。

2 機(jī)械密封泄漏原因分析

2.1 機(jī)械密封拆檢狀態(tài)

該泵每次機(jī)封泄漏均為一級密封先發(fā)生泄漏，為了更好分析機(jī)械密封泄漏原因，在機(jī)泵檢修過程中，重點(diǎn)對機(jī)械密封進(jìn)行拆檢：一級密封動、靜環(huán)密封面狀態(tài)保持較好，無明顯損傷（圖1）。

圖1 機(jī)械密封拆檢狀態(tài)

各密封點(diǎn)膠圈狀態(tài)良好，無明顯損傷變形。一級密封傳動套內(nèi)存在較多聚合物，補(bǔ)償環(huán)彈簧被聚合物堵塞，導(dǎo)致補(bǔ)償能力下降。

2.2 密封腔聚合物來源分析

由于乙烯裝置生產(chǎn)過程中要生成烯烴、炔烴、二烯烴及大分子的不飽和烴，這些不飽和烴必然會在系統(tǒng)中經(jīng)過自由基反應(yīng)生成聚合物，造成系統(tǒng)堵塞或結(jié)垢。該裝置脫丁烷進(jìn)料中含有1，3-丁二烯33.18%，戊二稀2.17%，異戊二稀3.05%，這些不飽和烴類在塔釜停留時間過長都易形成聚合物。

2.3 機(jī)械密封失效泄漏原因

脫丁烷系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)含有較多易聚合組分，由于原有機(jī)泵機(jī)械密封設(shè)計介質(zhì)直接與一級密封接觸，所以無論機(jī)泵處于運(yùn)行或備用狀態(tài)，一級密封腔內(nèi)均易產(chǎn)生聚合物，堵塞密封補(bǔ)償環(huán)彈簧，造成補(bǔ)償環(huán)補(bǔ)償效果下降，最終導(dǎo)致機(jī)械密封一級密封泄漏。

3 機(jī)械密封改造方案

3.1 原有機(jī)械密封方案分析

3.1.1 PLAN11（圖2）

圖2 PLAN11

（1）方案描述。進(jìn)行單密封沖洗，流動介質(zhì)從泵出口經(jīng)過節(jié)流孔板對泵內(nèi)部進(jìn)行沖洗，以清除堵塞物。

（2）采用原因。密封腔散熱，臥式泵密封腔排氣，增加密封腔壓力和液體氣化余量。

（3）應(yīng)用場合。主要應(yīng)用于非聚合性液體與清潔液體。

（4）預(yù)防性維護(hù)。應(yīng)用的節(jié)流孔板直徑尺寸至少是3 mm 以上，為了滿足密封腔流動，需要計算流速來決定節(jié)流孔板的尺寸，通過適當(dāng)?shù)墓?jié)流孔板和喉部襯套的尺寸來增加氣化余量，典型故障模式是節(jié)流孔板堵塞。

3.1.2 PLAN52（圖3）

（1）方案描述。流經(jīng)儲罐的無壓緩沖罐循環(huán)，流體通過雙封中的泵效環(huán)驅(qū)動及熱虹吸效應(yīng)循環(huán)。

（2）采用原因。外側(cè)密封作為主密封的安全后備，不允許工藝介質(zhì)污染。

（3）應(yīng)用場合。主要應(yīng)用于危險或有毒流體、輕烴、高飽和蒸汽液體等，一般與無壓雙密封串聯(lián)在一起使用。

（4）預(yù)防性維護(hù)。要求管路回路必須能自行排氣至接近大氣壓力的火炬系統(tǒng)或氣體回收系統(tǒng)，儲罐壓力一般小于工藝流體蒸汽壓力。工藝泄漏液體與緩沖液體必須兼容，儲液罐液位計指示外密封泄漏，上升的排氣壓力指示主密封泄漏。

PLAN11 方案比較適合于潔凈的、非聚合性的介質(zhì)，雖然密封腔內(nèi)有液體進(jìn)行沖洗，但由于沖洗介質(zhì)為泵出口引入，介質(zhì)本身也容易聚合，因此PLAN11 方案不適用于此工況。由于機(jī)泵介質(zhì)為裂解汽油，易燃易爆，一旦泄漏危險系數(shù)較高，需采取雙重保護(hù)，避免介質(zhì)外漏，PLAN52 方案比較適用于該工況。

3.2 新型密封改造方案

圖3 PLAN52

針對以上情況，車間通過大量的數(shù)據(jù)采集、分析和調(diào)研，積極與機(jī)械密封廠家約翰克蘭進(jìn)行溝通協(xié)調(diào)，制定了新型密封改造方案。

3.2.1 方案1

現(xiàn)有機(jī)械密封形式不變但需要解決介質(zhì)中含有雜質(zhì)的問題，即車間改變介質(zhì)的工況或組成，使密封腔內(nèi)無聚合物生成。由于工藝系統(tǒng)無法改變介質(zhì)的工況和組成，所以該方案無法實(shí)現(xiàn)。

3.2.2 方案2

現(xiàn)有機(jī)封密封形式不變，增加PLAN32 沖洗方案，如圖4 所示。

圖4 PLAN32

（1）方案描述。密封的沖洗是從外部引進(jìn)清潔的液體進(jìn)行。

（2）采用原因。密封腔散熱，從密封腔去除固體顆粒，增加密封腔壓力和液體氣化余量。

（3）應(yīng)用場合。主要應(yīng)用于聚合液體、高溫工況、紙漿、不干凈或被污染的液體等場合。

（4）PLAN32 方案比較適合該工況，外引潔凈的沖洗液可以保證密封腔內(nèi)的潔凈，延遲機(jī)械密封使用壽命。但由于機(jī)泵附近區(qū)域沒有合適的潔凈液體作為沖洗介質(zhì)，所以該方案無法實(shí)現(xiàn)。

3.2.3 方案3

與機(jī)械密封廠家溝通，重新進(jìn)行機(jī)封選型，采用5620P 系列機(jī)械密封，使機(jī)械密封的彈簧與介質(zhì)不接觸，避免機(jī)封失效。

新型機(jī)械密封5620P 使機(jī)械密封補(bǔ)償環(huán)的彈簧外置，介質(zhì)與彈簧是不接觸的，從而避免彈簧被聚合物堵塞的情況，理論上可以有效延遲機(jī)械密封使用壽命。

4 新機(jī)械密封使用效果

改造方案制定完成后，車間與機(jī)械密封廠家積極聯(lián)系，多次現(xiàn)場考察測繪，按照改造方案制造了新型的機(jī)械密封。2016 年12 月，更換機(jī)泵的機(jī)械密封，截至2018 年11 月，該泵的機(jī)械密封未發(fā)生泄漏，機(jī)械密封的使用壽命大大延長，省去了機(jī)泵檢修的額外工作量，降低了材料費(fèi)用與維修費(fèi)用，提高了該系統(tǒng)的安全系數(shù)，促進(jìn)了乙烯裝置的長周期安全平穩(wěn)運(yùn)行。

5 結(jié)論

本次機(jī)械密封改造，效果明顯，解決了乙烯裝置系統(tǒng)內(nèi)易聚合介質(zhì)離心泵機(jī)械密封頻繁泄漏的問題，大大提高了生產(chǎn)裝置的安全穩(wěn)定程度。