液態(tài)烴泵安全運(yùn)行分析及泵用干氣密封的應(yīng)用

梁 祥

（中石化濟(jì)南分公司，山東 濟(jì)南 250101）

1 液態(tài)烴泵安全運(yùn)行分析

1.1 調(diào)查內(nèi)容

此次調(diào)查的液態(tài)烴泵為單級懸臂離心泵、多級雙支撐離心泵、磁力泵、高速泵，以及很少用的容積式泵。液態(tài)烴泵的選型，要以單級懸臂離心泵為主。采用多級離心泵輸送液態(tài)烴時(shí)，需關(guān)注多級泵軸的剛度，盡量避免泵在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生軸的撓度變形；增加軸的自然頻率同時(shí)提高了軸的臨界轉(zhuǎn)速，從而避免泵在共振區(qū)運(yùn)轉(zhuǎn)，保證泵的本質(zhì)安全。20世紀(jì)90年代末投用的液態(tài)烴泵，運(yùn)行20年左右，且運(yùn)行狀態(tài)良好，振動(dòng)速度均小于4.0mm/s，不存在設(shè)備老化、不符合工藝要求的問題。

1.2 液態(tài)烴泵的實(shí)際流量統(tǒng)計(jì)

70%以上的液態(tài)烴泵，實(shí)際流量在額定流量的60%以上。其中，泵的實(shí)際流量在額定流量的80%以上的27臺(tái)，占比41%；泵的實(shí)際流量在額定流量的60%～80%的21臺(tái)，占比32%；泵的實(shí)際流量在額定流量的30%～60%的18臺(tái)，占比27%；泵的實(shí)際流量在額定流量的30%以下0臺(tái)。調(diào)查表明，機(jī)泵的運(yùn)行情況較好，見表1，見圖1。

1.3 液態(tài)烴泵故障統(tǒng)計(jì)

本次調(diào)查選取某裝置2010年至2016年液態(tài)烴泵的總故障次數(shù)與機(jī)械密封故障次數(shù)。機(jī)械密封故障為液態(tài)烴泵主要故障，占25%～60%。該裝置帶封油系統(tǒng)的串集密封自2010年至2015年逐步改造為干氣密封，機(jī)械密封故障自2011年開始逐漸減少，2014年、2015年機(jī)械密封故障突減。

表1 泵實(shí)際流量情況統(tǒng)計(jì)

圖1 液態(tài)烴泵泵實(shí)際流量與額定流量偏差

通過以上調(diào)查分析，在用液態(tài)烴泵選型準(zhǔn)確、無設(shè)備老化、不符合工藝要求的問題，且運(yùn)行穩(wěn)定，干氣密封應(yīng)用較好。

2 液態(tài)烴泵機(jī)械密封故障原因分析

2.1 流量對機(jī)械密封的影響

當(dāng)離心泵運(yùn)行工況大于、小于泵額定流量時(shí)，如果偏差不多，只是效率下降，浪費(fèi)電能，機(jī)械故障仍少見。一旦偏大、偏小到某一限量，將要引起噪聲和振動(dòng)，泵性能上可能出現(xiàn)不穩(wěn)定。在泵流量過小時(shí)，液態(tài)烴泵會(huì)出現(xiàn)時(shí)而抽空現(xiàn)象,泵抽空將導(dǎo)致設(shè)備的機(jī)械振動(dòng)，同時(shí)也使機(jī)械密封液膜工作壓力起伏變化。這不僅會(huì)造成密封端面疲勞損傷而出現(xiàn)滲漏，同時(shí)還將引起密封液膜相態(tài)變化而造成介質(zhì)的閃蒸。密封腔體汽化，密封端面汽蝕，機(jī)械密封會(huì)發(fā)生大量泄漏。液態(tài)烴泵尤其要關(guān)注泵的抽空問題，否則會(huì)由于密封突然泄漏引起著火爆炸事故。

2.2 壓力對機(jī)械密封的影響

泵流量根據(jù)生產(chǎn)工藝的要求進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，流量的變化會(huì)引起工作壓力的變化，而壓力的變化正是導(dǎo)致密封泄漏的主要因素。泵壓力的變化會(huì)給液態(tài)烴帶來相態(tài)的變化，在工作壓力提高時(shí)，其密封的端面比壓會(huì)隨之加大，普通介質(zhì)由于自身的潤滑性能較好，可以保持機(jī)械密封的穩(wěn)定性，但液態(tài)烴潤滑性能差，壓力加大必然會(huì)使其產(chǎn)生摩擦熱，繼而影響到密封膜的狀態(tài)，隨著密封端面的磨損，增加了密封的泄漏量，見圖2。

圖2 機(jī)械密封端面過度磨損

2.3 溫度對機(jī)械密封的影響

液態(tài)烴的特性不同于其他介質(zhì)，在溫度發(fā)生變化時(shí)，液態(tài)烴也會(huì)隨之而變化，使液態(tài)膜密封段縮短、變窄，石墨環(huán)表面會(huì)出現(xiàn)凹坑或是皰疤，如果溫度持續(xù)升高，還會(huì)給它帶來相態(tài)的轉(zhuǎn)變，會(huì)使液態(tài)膜段完全消失而轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈶B(tài)膜段，這必然會(huì)給機(jī)械密封帶來不穩(wěn)定性，液態(tài)烴中的顆粒會(huì)加速密封端面的磨損，形成介質(zhì)的泄漏。

通過以上調(diào)查內(nèi)容分析，工藝操作中的流量、壓力、溫度將直接影響到機(jī)械密的安全運(yùn)行，目前全廠液態(tài)烴泵運(yùn)行較為平穩(wěn)，為機(jī)械密封的安全運(yùn)行提供了較好的工藝基礎(chǔ)。

3 液態(tài)烴泵機(jī)械密封的使用情況

液態(tài)烴泵機(jī)械密封的使用主要以干氣密封、高速泵專用密封、串集密封、普通小彈簧單密封為主，見圖3。某裝置泵用干氣密封的使用占到90%。高速泵專用密封、串集密封、普通小彈簧密封是針對不同泵型、密封腔尺寸設(shè)計(jì)的，應(yīng)用成熟密封效果較好。液態(tài)烴泵泄漏極易著火爆炸，某裝置使用的干氣密封在封油串集密封基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，在密封可靠性、泄漏預(yù)警、現(xiàn)場面貌均有提高，運(yùn)行周期16000h，見圖4。

干氣密封輔助系統(tǒng)替代原有的封油輔助系統(tǒng)，一級密封為小彈簧密封，二級密封為靜環(huán)帶動(dòng)壓槽的干氣密封。一級密封允許泄漏量經(jīng)限流孔板、壓力表、單向閥排入低瓦系統(tǒng)。二級密封為常壓狀態(tài)，一級、二級密封腔相通，在離心力作用下，靜環(huán)動(dòng)壓槽推開密封端面形成氣膜密封，起到一級密封允許泄漏量大氣端密封作用。日常維護(hù)通過壓力表進(jìn)行監(jiān)測，壓力表指示在正常范圍說明一級密封運(yùn)行良好；在二級干氣密封作用下，若壓力表指示超出范圍、泄漏排出管線有結(jié)霜、溫度降低現(xiàn)象說明一級密封漏量增大，應(yīng)及時(shí)安排檢修。通過液態(tài)烴泵干氣密封的應(yīng)用，一方面保持現(xiàn)場整潔杜絕油污、節(jié)省氮?dú)鉁p少對氣柜的沖擊；一方面通過二級干氣密封輔助系統(tǒng)壓力、溫度的變化判斷一級密封的使用效果，合理、及時(shí)安排檢修，避免突然泄漏所帶來的安全隱患。

圖3 液態(tài)烴泵用密封使用情況

圖4 泵用無氮?dú)飧蓺饷芊?/p>

4 結(jié)論與建議

液態(tài)烴泵機(jī)械密封的運(yùn)行安全與其結(jié)構(gòu)形式、操作管理等多方面因素有關(guān)，本文對某企業(yè)在用液態(tài)烴泵進(jìn)行的全面調(diào)研，并結(jié)合機(jī)械密封失效案例，分析工藝負(fù)荷、操作壓力、溫度對機(jī)械密封可靠性的影響。

液態(tài)烴泵干氣密封可靠性強(qiáng)、泄漏預(yù)警及時(shí)，能夠有效降低液態(tài)烴泄漏的安全風(fēng)險(xiǎn)。