聚丙烯裝置動(dòng)力分離器A301 機(jī)械密封的改造

李朋宇 陳 松 曲 輝

（大連西太平洋石油化工有限公司）

密封裝置是轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的重要組成部分，密封性能對(duì)設(shè)備的工作效率和可靠性影響很大。 大連西太聚丙烯裝置是引進(jìn)自意大利Basell 公司的spheripol 聚丙烯工藝技術(shù)，采用液相本體法生產(chǎn)聚丙烯成品本色粒子。 A301 是聚丙烯裝置中丙烯閃蒸罐頂部的動(dòng)力分離器，其作用是脫除閃蒸后丙烯氣中夾帶的聚丙烯粉末， 該設(shè)備無備機(jī)，是聚丙烯工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備之一，一旦出現(xiàn)故障，將造成整個(gè)裝置停工。 A301 動(dòng)力分離器頻繁發(fā)生故障的原因是機(jī)械密封泄漏，因此，通過查找該設(shè)備機(jī)械密封泄漏的原因，提出了解決方案并實(shí)施改造。

1 A301 機(jī)械密封簡介

聚丙烯裝置動(dòng)力分離器A301 是意大利ZUCCHETTI 公司出產(chǎn)的，1996 年投入使用。該設(shè)備的密封采用的是雙端面機(jī)械密封 （密封方案PLAN53C）， 密封為雙平衡結(jié)構(gòu)。 當(dāng)主密封失效后，次密封可起到主密封的作用。 采用活塞增壓的帶壓的隔離液循環(huán)系統(tǒng)， 用工業(yè)白油作為封液，通過設(shè)置在雙端面密封內(nèi)部的泵送環(huán)對(duì)液體進(jìn)行循環(huán)。 A301 密封系統(tǒng)如圖1 所示。

操作參數(shù)如下：

介質(zhì) 丙烯

溫度 45℃

壓力 1.85MPa

圖1 A301 密封系統(tǒng)示意圖

轉(zhuǎn)速 1 480r/min

API 沖洗方案 53C

2 存在的問題及原因分析

僅2017 年， 因?yàn)锳301 密封泄漏導(dǎo)致裝置被動(dòng)停車兩次， 加上一次停工消缺共計(jì)檢修3次：4 月，裝置停工消缺，主動(dòng)維修，更換機(jī)械密封、軸承等件；8 月25 日，A301 機(jī)械密封內(nèi)漏嚴(yán)重，壓力活塞密封油下降量10mm/h，停工搶修，被動(dòng)維修；10 月15 日白班發(fā)現(xiàn)A301 密封再次內(nèi)漏，壓力活塞下降量大約8mm/h，后來泄漏量增至大約15mm/h，維持運(yùn)行至11 月3 日停工搶修，被動(dòng)維修。 拆卸密封后靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的形貌如圖2 所示。

圖2 拆卸密封后靜環(huán)和動(dòng)環(huán)的形貌

由圖2 可以看出， 密封端面無明顯磨痕，動(dòng)環(huán)O 形圈內(nèi)圈損壞，靜環(huán)O 形圈正常，端面無高溫情況。密封泄漏由于動(dòng)環(huán)O 形圈與軸（或軸套）發(fā)生相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)導(dǎo)致密封圈損壞，出現(xiàn)此情況原因有以下兩點(diǎn)：

a. 彈簧座緊定螺釘未鎖緊，導(dǎo)致密封傳動(dòng)不好， 密封動(dòng)環(huán)O 形圈與軸套圓周上發(fā)生相對(duì)摩擦，導(dǎo)致密封圈損壞；

b. 由于此密封為背靠背雙端面密封，密封供貨為非集裝，所以在安裝時(shí)，需要調(diào)整工作高度，有可能出現(xiàn)密封安裝時(shí)，工作高度不正確，向介質(zhì)側(cè)壓縮，介質(zhì)側(cè)密封壓縮量過大，大氣側(cè)密封壓縮量偏小，導(dǎo)致大氣側(cè)端面貼合不穩(wěn)定，動(dòng)環(huán)軸向上往復(fù)運(yùn)動(dòng)頻繁，導(dǎo)致大氣側(cè)動(dòng)環(huán)O 形圈摩擦損壞。

導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏的原因很多，需采用很多檢查措施才能確定，如：

a. 現(xiàn)場安裝密封時(shí)，檢查密封緊定螺釘是否擰緊，安裝高度是否符合密封要求；

b. 機(jī)械密封彈簧的壓縮量是否準(zhǔn)確；

c. 端面比壓是否準(zhǔn)確；

d. 動(dòng)靜環(huán)使用材料是否準(zhǔn)確；

e. 現(xiàn)場檢查密封液管線是否正常，保證密封液干凈、無臟雜質(zhì)、循環(huán)良好，檢查冷卻水系統(tǒng)是否堵塞，保證冷卻效果良好。

3 機(jī)械密封的改造

盡管做了大量的工作，但由于設(shè)備結(jié)構(gòu)的原因，該機(jī)械密封仍為非集裝結(jié)構(gòu)，安裝、使用過程中仍會(huì)出現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致機(jī)械密封泄漏，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)裝置被動(dòng)停工。

3.1 機(jī)械密封泄漏的影響

A301 機(jī)械密封的外漏一直是主要問題，工業(yè)白油的外漏造成300# 的設(shè)備、管線較臟，現(xiàn)場面貌急需改善；2017 年的兩次被動(dòng)停工原因均是機(jī)封內(nèi)漏嚴(yán)重， 內(nèi)漏的工業(yè)白油與A301 分離出的粉塵混合形成粉塵膏，附著在D301～T301 的長約30m 的4″管線內(nèi)壁上，使得管線縮徑嚴(yán)重，造成A301 出口線壓力高，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行；一旦具備停工消缺條件，這段管線需要分段拆卸、清理，給檢修帶來很大的工作量和施工風(fēng)險(xiǎn)。 為了徹底解決以上問題， 將該機(jī)械密封改為干氣密封，以解決設(shè)備的長周期運(yùn)行問題。

3.2 干氣密封的結(jié)構(gòu)

該密封采用PLAN32+72+76 方案， 使用碳環(huán)+串聯(lián)式干氣密封（圖3），密封氣為外引丙烯，對(duì)分離器進(jìn)行氮?dú)鈿饷軙r(shí)， 密封氣用中壓氮?dú)?，緩沖氣用低壓氮?dú)?。干氣密封?dòng)環(huán)采用SiC 材料，該材料具有表面硬度高、耐磨性能好、熱傳導(dǎo)系數(shù)大及比重小等優(yōu)點(diǎn)，是目前最好的一種摩擦副材料。 密封靜環(huán)采用浸漬金屬碳石墨材料，該材料具有強(qiáng)度高、自潤滑性好及耐高溫等特點(diǎn)。

3.3 干氣密封功能要求

前置密封氣為外引丙烯氣， 比D301 系統(tǒng)壓力高出0.05～0.10MPa， 沖洗量不小于7Nm3/h，使得D301 介質(zhì)不能進(jìn)入密封結(jié)構(gòu)， 保證密封的清潔環(huán)境；一級(jí)密封承受全部系統(tǒng)壓力，密封介質(zhì)為經(jīng)過過濾的外引丙烯氣；該密封氣比前置密封氣壓力高出至少0.1MPa， 流量不小于15Nm3/h，少量丙烯氣經(jīng)過泄漏孔板排放至火炬線，大部分丙烯氣漏至D301 系統(tǒng)； 二級(jí)密封承受很小的壓力，密封介質(zhì)為氮?dú)狻?一級(jí)密封失效時(shí)二級(jí)密封可以承受全部系統(tǒng)壓力， 起到備用密封的作用，滿足API682 的要求。 二級(jí)密封正常時(shí)全部為外引氮?dú)猓梢愿唿c(diǎn)大氣排放。

圖3 A301 干氣密封結(jié)構(gòu)示意圖

3.4 干氣密封控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)的主要作用是為干氣密封提供干凈的氣體（過濾精度小于3μm）和監(jiān)視干氣密封的運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，確保干氣密封長周期運(yùn)行。 攪拌器干氣密封控制系統(tǒng)由3 個(gè)部分組成：

a. 過濾單元， 控制系統(tǒng)具有兩套過濾單元，可在線切換，過濾精度為3μm；

b. 監(jiān)控單元，該干氣密封控制系統(tǒng)是通過對(duì)干氣密封一次泄漏流量進(jìn)行監(jiān)視而實(shí)現(xiàn)的；

c. 緩沖氣單元，緩沖氣的目的是保證串聯(lián)式干氣密封一級(jí)泄漏出的丙烯氣全部通過一次泄漏火炬排放，同時(shí)給二級(jí)密封提供密封氣。

3.5 干氣密封日常操作注意事項(xiàng)

表1 為該干氣密封操作的主要運(yùn)行參數(shù)。

表1 干氣密封操作的主要運(yùn)行參數(shù)

日常操作注意事項(xiàng)如下：

a. 表1 中的參數(shù)值如有波動(dòng)，說明系統(tǒng)存在異常，檢查工藝操作是否波動(dòng)；

b. 當(dāng)PT-3082 出現(xiàn)壓力高報(bào)警，表明對(duì)應(yīng)密封的一級(jí)密封可能失效，當(dāng)PT-3082 出現(xiàn)壓力低報(bào)警，表明對(duì)應(yīng)密封的二級(jí)密封可能失效；

c. 檢查密封氣過濾器是否堵塞，過濾器允許最大壓差為0.1MPa，過濾器堵塞后，應(yīng)及時(shí)切換過濾器；

d. 外引丙烯氣溫度控制在60～100℃之間。

4 干氣密封的效益計(jì)算

由于改造后的密封介質(zhì)為外引丙烯氣和氮?dú)?，不存在外漏工業(yè)白油的問題，使得現(xiàn)場面貌有很大的改善。

按照每年因A301 機(jī)械密封泄漏而導(dǎo)致的非計(jì)劃停工為1 次，每次停工、檢修、開工用時(shí)20h計(jì)算。 裝置正常生產(chǎn)按照15t/h 產(chǎn)量計(jì)算，外賣丙烯與成品聚丙烯差價(jià)按每噸3 000 元人民幣計(jì)算，則停產(chǎn)損失為：15×0.3×20=90 萬元人民幣；由于裝置為局部停工，聚合單元軸流泵等設(shè)備繼續(xù)運(yùn)行，每小時(shí)的排放損失大約2t 的丙烯，丙烯的市場價(jià)大約每噸5 000 元人民幣，則排放損失為：2×0.5×20=20 萬元人民幣； 每次檢修更換機(jī)械密封、管線清理等費(fèi)用大約10 萬元人民幣；該機(jī)械密封改造的一次投資為40 萬元人民幣， 廠家承諾運(yùn)行3 年不出現(xiàn)泄漏問題，這樣，當(dāng)年可節(jié)約80 萬元人民幣，3 年可節(jié)約320 萬元人民幣。

5 結(jié)束語

2019 年4 月，在大檢修期間完成了聚丙烯裝置動(dòng)力分離器A301 機(jī)械密封的改造、安裝工作，目前運(yùn)行穩(wěn)定。 改造后減少了裝置異常狀況的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)和檢修的施工安全風(fēng)險(xiǎn)，該干氣密封系統(tǒng)運(yùn)行可靠，是一種經(jīng)濟(jì)型、環(huán)保型密封。