加氫裂化裝置高壓進料泵機械密封泄漏故障分析及系統(tǒng)改造

于洋洋，阿拉·涅夫佐洛娃А.Б. Невзорова，格里戈里·彼得里辛Г.В. Петришин

（1. 浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316200； 2. 戈梅利國立技術大學，白俄羅斯 戈梅利 220050）

浙江石油化工有限公司4 000 萬t/a 煉化一體化項目二期兩套350 萬t/a 柴油加氫裂化裝置，由中國石化洛陽工程有限公司設計。該裝置采用UOP 公司提供的固定床兩段式全循環(huán)柴油加氫裂化技術。裝置以直餾柴油、催化柴油、漿態(tài)床渣油裂化柴油和石腦油為原料，主要生產重石腦油，副產輕石腦油。裝置由反應部分（含兩段反應部分、循環(huán)氫脫硫、循環(huán)氫壓縮機）、新氫壓縮機部分、分餾部分、輕烴回收部分、產品精制部分組成。

進料泵作為加氫裝置核心設備，為裝置反應部分提供高壓原料，一般選用高壓、多級BB5 型機泵，機封主要采用雙端面機械密封結構形式，機封沖洗方案多為PLAN53+21 或PALN53+32 等。

1 機封失效情況描述及拆解檢驗

1.1 機封失效情況描述

該裝置二段加氫進料泵共有2 臺（1 開1 備），其作用是將分餾塔底物料按照一定比例返回進入二段進料泵， 進一步進行裂化反應，從而達到更好的轉化率。該泵設計運行工況如表1 所示：

表1 二段加氫進料泵運行工況表

該泵自2021 年裝置投入生產運行后，多次發(fā)生機封失效問題，機封失效現(xiàn)象均為現(xiàn)場外漏，外漏介質為機封沖洗介質，泄漏速率由最初的（10～20）滴/分鐘在一周內逐漸加快至（50～70）滴/分鐘左右并基本穩(wěn)定，機封使用壽命均未達到設計壽命，機封失效運行時間情況如表2 所示：

表2 機封失效運行時間情況表

從表2 可以看出，6 次機封失效故障中，前3次的機封使用時間明顯低于后3 次，主要是因為在前期機封失效問題分析中，考慮到原機封冷卻介質為白油，在高溫下易發(fā)生結焦現(xiàn)象，所以將原機封冷卻介質由白油更改為導熱油，雖然機封使用壽命得到了明顯提升，但仍大大低于機封設計壽命，未從根本上解決機封失效問題。

1.2 機械密封拆檢情況描述

從機械密封使用時間情況表中可以看出，機械密封每次失效，都是大氣側發(fā)生泄漏，對機械密封進行拆檢發(fā)現(xiàn)，大氣側波紋管、補償環(huán)附近存在大量積碳顆粒物，介質側波紋管、補償環(huán)處幾乎未發(fā)現(xiàn)積碳結焦情況，兩側對比明顯。大氣側補償環(huán)環(huán)面有清晰的磨損痕跡和劃痕，疑似結焦積碳所致。機封大氣側波紋管、補償環(huán)等部位拆檢情況如圖1及圖2 所示：

圖1 機封拆解-大氣側波紋管狀態(tài)情況

圖2 機封拆解-大氣側補償環(huán)狀態(tài)情況

2 機封失效原因分析

2.1 機封結焦積碳

由械密封摩拆卸情況可以看出，械密封摩大氣側波紋管、補償環(huán)等部位存在大量結焦積碳情況，補償環(huán)有明顯的磨損劃痕現(xiàn)象。大氣側械密封摩泄漏失效直接原因為機封結焦積碳導致波紋管不能自由進行軸向拉伸、壓縮，從而失去彈性，這種情況下，波紋管就不能隨著介質壓力的變化而提供相應的軸向力，喪失了補償作用，使端面液膜壓減小，造成液膜反壓系數(shù)和端面比壓下降，從而導致機械密封失效，結焦物質導致摩擦副磨損并產生更多熱量，加大械密封摩沖洗系統(tǒng)冷卻介質冷卻難度，加速械密封摩泄漏惡化速率。

2.2 密封沖洗系統(tǒng)冷卻效果差

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，而虹吸效應又受到隔離液換熱前后的溫度差影響。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構空間的影響，泵送環(huán)的泵送效應尚無定論，這就體現(xiàn)了在局部受限的情況下，附屬系統(tǒng)的虹吸效應尤為重要。雙端面機械密封附屬系統(tǒng)虹吸效應與系統(tǒng)的布置存在著直接關系，如系統(tǒng)高度不足、受空間限制造成管路布置出現(xiàn)的“銳角轉彎”，很容易造成系統(tǒng)“排氣難”的問題，導致虹吸效應差，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計不當而容易形成氣阻，影響虹吸效用，隔離液循環(huán)不暢。分析判斷為管路中的90°承插焊彎頭，增加了沖洗介質的流通阻力，雙端面機械密封隔離液系統(tǒng)存在氣體集聚產生的氣阻問題，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，這也為波紋管等部位結焦創(chuàng)造了條件。

3 機封系統(tǒng)改造

3.1 機封結構改造

通過機械密封泄漏部位及拆檢情況分析，原機封結構中，兩端機械密封摩擦副距離較近，易造成機械密封內部熱量積聚；同時摩擦副與冷卻介質接觸面積較少，不利于摩擦副熱量散失；改機械密封結構中，大氣側機械密封中氧的存在與初始泄漏的冷卻介質接觸，造成冷卻介質氧化從而加速大氣側機械密封摩擦副附近積碳、結焦顯現(xiàn)的發(fā)展。根據(jù)原機封結構特點，將機封做一下改造：

1）將原“背靠背”式機械密封結構更改為“串聯(lián)式”結構，加大兩段機械密封摩擦副距離，避免兩端摩擦副過近造成熱量嚴重積聚現(xiàn)象。

2）加大機械密封摩擦副與冷卻介質接觸面積，有利于械密封摩熱量被冷卻介質帶走，使摩擦副表面溫度控制在合理區(qū)間，避免摩擦副附近超溫產生冷卻介質積碳、結焦現(xiàn)象。

增設PLAN62 方案，在改造的械密封摩中預留氮氣吹掃口，使大氣側機封外側處于氮氣環(huán)境中，避免空氣中氧氣與泄漏冷卻介質接觸，從而延緩械密封摩摩擦副附近的積碳、結焦發(fā)展趨勢。

3.2 沖洗系統(tǒng)管路改造

由雙端面機械密封冷卻液的循環(huán)原理可知，其冷卻液的循環(huán)主要依靠波紋管轉動產生的虹吸效應，而管路的流通阻力對冷卻液的流動情況影響較為明顯，原械密封摩冷系統(tǒng)管路中存在兩處90°承插焊彎頭，分別在進入機封前管路和排出機封后的管路上，90°承插焊彎頭的存在，增加了械密封摩冷卻介質的流通阻力，對機封冷卻效果產生阻礙作用。加大了冷卻液循環(huán)難度。原械密封摩沖洗系統(tǒng)部分管路示意圖如圖3 所示：

圖3 原機封沖洗系統(tǒng)管路部分示意圖

為降低機封沖洗系統(tǒng)內介質的流通阻力，此次沖洗系統(tǒng)管路改造將原90°承插焊彎頭更改為平滑過渡管線連接，取消原90°承插焊彎頭，同時對管路改造焊接工藝及管路清理做了嚴格要求。改造后的沖洗系統(tǒng)管路如圖4 所示：

圖4 改造后機封沖洗系統(tǒng)管路部分示意圖

4 結束語

通過對二段加氫進料泵機封泄漏失效問題的原因分析，從機封的結構形式著手，從根本上改善了機封的運行壽命，同時，PLAN62 方案的增加以及機封冷卻系統(tǒng)管路的改造，隔絕了大氣中的氧氣對機封積碳、結焦現(xiàn)象的加劇效應，減少了沖洗介質在管路中的流通阻力，保證了機封熱量的有效帶出，從而也起到了延緩機封的積碳速率，進一步保證了機封的平穩(wěn)運行。