高溫?zé)嵊捅秒p端面機械密封泄漏故障原因分析

李 亮，孫新東

（中國石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 163318）

0 引言

近年來雙端面機械密封在石油化工行業(yè)得到較為廣泛的應(yīng)用，但受設(shè)備結(jié)構(gòu)空間限制、部件效用不足、運行環(huán)境等方面因素的影響，某公司延遲焦化裝置高溫?zé)嵊捅米赃M行雙端面機械密封改造后，頻繁出現(xiàn)泄漏故障，故障率高，使用壽命短，如輻射爐進料泵、蠟油泵、循環(huán)油泵以及中段回流泵等雙端面機械密封泄漏問題。高溫?zé)嵊捅秒p端面機械密封使用壽命短、可靠程度不高，嚴(yán)重影響了設(shè)備及裝置的安全運行和平穩(wěn)生產(chǎn)。

1 故障描述

該裝置高溫?zé)嵊捅秒p端面機械密封系統(tǒng)采用PLAN32+53B沖洗方案，介質(zhì)為310～370 ℃的重質(zhì)蠟油組份，雙端面機械密封失效泄漏多表現(xiàn)為大氣側(cè)密封環(huán)泄漏，隔離液不保壓。拆檢發(fā)現(xiàn)，故障表現(xiàn)多為大氣側(cè)密封波紋管結(jié)焦嚴(yán)重，密封環(huán)表面呈現(xiàn)烏黑的貼合不佳現(xiàn)象，同時伴有個別主密封波紋管結(jié)焦、密封環(huán)外緣“斷齒”等情況（圖1～圖2）。

2 故障原因分析

2.1 隔離液循環(huán)冷卻效果差

隔離液的循環(huán)冷卻效果，直接影響雙端面機械密封的使用壽命，若大氣側(cè)密封的使用壽命短，則直接導(dǎo)致雙端面機械密封失去了外側(cè)密封保護的意義。雙端面機械密封隔離液的循環(huán)主要依據(jù)泵送環(huán)及附屬系統(tǒng)虹吸效應(yīng)（圖3），而虹吸效應(yīng)又受到隔離液換熱前后的溫度差。目前雙端面機械密封的泵送環(huán)多采用“直槽”形式，受到機械密封自身結(jié)構(gòu)空間的影響，泵送環(huán)的泵送效應(yīng)尚無定論，這就體現(xiàn)了在局部受限的情況下，附屬系統(tǒng)的虹吸效應(yīng)尤為重要。

圖1 密封摩擦副及波紋管結(jié)焦

圖2 密封環(huán)外邊緣“斷齒”

雙端面機械密封附屬系統(tǒng)虹吸效應(yīng)與系統(tǒng)的布置存在著直接關(guān)系，如系統(tǒng)高度不足、受空間限制造成管路布置出現(xiàn)的“銳角轉(zhuǎn)彎”，很容易造成系統(tǒng)“排氣難”的問題，導(dǎo)致虹吸效應(yīng)差，密封使用壽命短。通過分析，造成排氣不充分的原因之一為隔離液管路設(shè)計不當(dāng)而容易形成氣阻，影響虹吸效用，隔離液循環(huán)不暢。拆檢發(fā)現(xiàn)大氣側(cè)密封環(huán)（圖2）外緣“斷齒”情況，分析判斷雙端面機械密封隔離液系統(tǒng)存在氣體集聚產(chǎn)生的氣阻問題，影響隔離液在系統(tǒng)中的循環(huán)效果，加劇惡化隔離液冷卻的效果，這也為波紋管結(jié)焦創(chuàng)造了條件。

2.2 波紋管結(jié)焦

通過對主、輔密封泄漏故障的表現(xiàn)上分析，雙端面機械密封出現(xiàn)泄漏故障的直接原因為密封面周邊及波紋管結(jié)焦[1-2]，造成密封液膜失穩(wěn)、波紋管補償能力不足，最終導(dǎo)致機械密封出現(xiàn)泄漏的情況。對PLAN53B 附屬系統(tǒng)的進行的定點監(jiān)測結(jié)果表明，隔離液進出溫差小、換熱效果差，加之隔離液在密封摩擦副周邊攪拌熱影響，長時間有運行出現(xiàn)高溫及氧化結(jié)焦情況（表1）。

圖3 PLAN53B 附屬系統(tǒng)

表1 雙端面機械密封故障統(tǒng)計表 ℃

圖4 換熱器結(jié)垢

根據(jù)表 1中PLAN53B 換熱器溫度及隔離液進出溫度可知，53B換熱器存在堵塞情況（圖4）。用于該換熱器的循環(huán)水進出管徑為20 mm，冷卻水量不足，加之循環(huán)水進出壓差僅0.05 MPa，造成換熱器殼層結(jié)垢堵塞，直接影響隔離液換熱效果。

2.3 泵蓋水套堵塞

由于雙端面機械密封安裝與泵蓋冷卻水套外表，水套內(nèi)結(jié)垢嚴(yán)重后，泵蓋密封腔溫度偏高，PLAN32 沖洗溫度不足70 ℃，與介質(zhì)溫度相差大，沖洗量偏大易造成設(shè)備抽空、沖洗不足，直接影響沖洗效果及主密封的工作環(huán)境。

泵蓋水套結(jié)垢主要為循環(huán)水進、出壓差小所致，前期設(shè)備就多次出現(xiàn)泵水套滲漏的情況。而泵蓋冷卻水套內(nèi)結(jié)垢，直接影響雙端面機械密封壓蓋內(nèi)隔離液溫度，造成溫升，進一步影響隔離液換熱情況。

3 采取措施

結(jié)合裝置客觀實際情況及生產(chǎn)要求，主要采取以下4 個措施改善PLAN53B 換熱器運行環(huán)境、提高換熱效果。

（1）改善雙端面機械密封附屬系統(tǒng)管線布置情況，在管線銳角轉(zhuǎn)彎處增加排氣閥，保證隔離液系統(tǒng)排氣完全，確保隔離液循環(huán)順暢。

（2）定期清理PLAN53B 換熱器。根據(jù)設(shè)備切換時限，執(zhí)行每季度對換熱器進行解體清理工作。

（3）采取對泵蓋水套回水外排的形式，降低冷卻水套結(jié)垢速度，每季度清理泵蓋水套。由于暫時無法對循環(huán)水進行改造，改造工作計劃在停工檢修期間實施。

（4）完善雙端面機械密封沖洗方案，在原設(shè)計的沖洗方案上增加PLAN62 方案，防止出現(xiàn)隔離液高溫后氧化結(jié)焦的情況。

通過上述措施，目前上述設(shè)備機械密封均未出現(xiàn)泄漏故障，使用壽命得到了明顯提高。

4 結(jié)語

綜上所述，針對高溫?zé)嵊捅秒p端面機械密封的故障表現(xiàn)，分析故障原因并提出相應(yīng)的解決措施，該類型部件的使用壽命、可靠程度明顯得到改善。