趙騰飛

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海200540)

加氫裂化裝置減壓塔底高溫油泵機(jī)械密封的選用

趙騰飛

(中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海200540)

自2011年以來(lái)，在中國(guó)石油化工集團(tuán)公司范圍內(nèi)發(fā)生多起因高溫油泵機(jī)械密封泄漏引起的火災(zāi)事故，而正確合理地選擇機(jī)械密封會(huì)有效延長(zhǎng)設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間，進(jìn)而提高生產(chǎn)裝置的運(yùn)行穩(wěn)定性。文章介紹了減壓塔底高溫油泵機(jī)械密封的選用方法，從機(jī)械密封的形式、布置方式、密封材質(zhì)和沖洗方案等方面選出適合此臺(tái)機(jī)泵要求的機(jī)械密封，使其壽命達(dá)到美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)682要求。

高溫油泵 機(jī)械密封 選型

中國(guó)石化上海石油化工股份有限公司芳烴部(以下簡(jiǎn)稱芳烴部)加氫裂化裝置運(yùn)行近30年，工況已較原設(shè)計(jì)改變很多，減壓塔底高溫油泵機(jī)械密封泄漏較多、檢修頻繁，運(yùn)行時(shí)間遠(yuǎn)低于正常的25 000 h，不僅給生產(chǎn)帶來(lái)波動(dòng)，泄漏的物料也極易引發(fā)火災(zāi)事故。根據(jù)中石化煉[2011]616號(hào)文規(guī)定，單密封的高溫油泵已不符合要求，因此對(duì)此泵機(jī)械密封的改造刻不容緩。

1 機(jī)泵改造前運(yùn)行概況

減壓塔底高溫油泵是加氫裂化裝置減壓塔底重沸爐進(jìn)料泵，其位號(hào)為GA-122A，具有以下特點(diǎn)：介質(zhì)溫度高，介質(zhì)溫度超過(guò)200 ℃就認(rèn)為是高溫泵，而減壓塔底高溫油泵進(jìn)口溫度超過(guò)360 ℃；介質(zhì)黏度大，塔底產(chǎn)生積淀顆粒，易進(jìn)入泵體。泵具體性能參數(shù)見(jiàn)表1，泵的機(jī)械密封改造前故障情況見(jiàn)表2。

表1 泵的性能參數(shù)

表2 機(jī)械密封改造前故障情況 h

2 泵用機(jī)械密封的選擇

根據(jù)美國(guó)石油協(xié)會(huì)(API)682—2004標(biāo)準(zhǔn)，泵用機(jī)械密封選擇主要包含4個(gè)方面內(nèi)容：密封型式、布置方式、密封材料和密封沖洗方案。

2.1 密封型式的選擇

API682—2004規(guī)定的3種密封型式為[1]：

—A型密封為平衡型、內(nèi)裝式、集裝式、多彈簧、止推環(huán)式、補(bǔ)償裝置旋轉(zhuǎn)式密封，輔助密封件為彈性“O”型圈；

—B型密封為平衡型、內(nèi)裝式、集裝式、無(wú)止推環(huán)式(而是采用波紋管結(jié)構(gòu))、補(bǔ)償裝置旋轉(zhuǎn)式密封，輔助密封件為彈性“O”型圈；

—C型密封為平衡型、內(nèi)裝式、集裝式、無(wú)止推環(huán)式(而是金屬波紋管結(jié)構(gòu))、補(bǔ)償裝置為固定式，輔助密封件為柔性石墨。

3種密封型式均為平衡型、內(nèi)裝式、集裝式，這是針對(duì)密封泄漏提出的高要求，因?yàn)閺挠?jì)算及實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，這類型式密封泄漏量都要小。實(shí)際使用經(jīng)驗(yàn)見(jiàn)表3[2]。

表3 某密封廠家測(cè)試機(jī)械密封不同型式泄漏量數(shù)據(jù)

2.1.1 推環(huán)式與波紋管式的選擇

推環(huán)式機(jī)械密封有補(bǔ)償輔助密封圈，如有沉淀顆粒容易使其失去浮動(dòng)能力。波紋管機(jī)械密封的浮動(dòng)性由波紋管提供，在軸向和傾斜方向都有很好的浮動(dòng)性，從而保證端面的可靠貼合，同時(shí)波紋管機(jī)械密封沒(méi)有補(bǔ)償輔助密封圈，因而可以降低補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的摩擦阻力，使密封可靠性也得到提高。本臺(tái)機(jī)泵介質(zhì)溫度高、黏度大，易結(jié)焦，容易產(chǎn)生沉淀顆粒，如果選擇推環(huán)式機(jī)械密封容易堵塞使其喪失補(bǔ)償余量，因而選擇波紋管式機(jī)械密封，可選擇B型或C型。

2.1.2 補(bǔ)償裝置靜止與旋轉(zhuǎn)式的選擇

旋轉(zhuǎn)式機(jī)械密封徑向尺寸小、安裝方便，一般情況下可以采用，但補(bǔ)償機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)易產(chǎn)生質(zhì)量不平衡，同時(shí)消耗攪拌功率，更易于振動(dòng)，不適合高速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況。靜止式波紋管結(jié)構(gòu)可以克服軸和密封端蓋傾斜的問(wèn)題，波紋管可以浮動(dòng)而改變其固定位置，以保證與旋轉(zhuǎn)端面的良好配合。而且A型和B型密封的使用溫度不大于176℃(350℉)，這樣就排除了B型機(jī)械密封。綜上所述，本套機(jī)械密封適合選擇C型。

2.2 密封布置方式的選擇

API682—2004標(biāo)準(zhǔn)同樣規(guī)定了3種密封布置方式[3]：

布置方式1，每套集裝式密封中有一對(duì)密封端面；

布置方式2，每套集裝式密封中有兩對(duì)密封端面，且兩對(duì)密封端面之間的壓力低于被密封介質(zhì)的壓力；

布置方式3，每套集裝式密封中有兩對(duì)密封端面，且阻封流體由外部引入，其壓力高于被密封介質(zhì)的壓力。

單端面密封是目前采用的，已不能滿足密封泄漏要求，因此選擇雙端面密封。布置方式2其實(shí)就是無(wú)壓雙重密封，布置方式3則有壓雙重密封。無(wú)壓雙重密封密封腔內(nèi)的緩沖液不加壓，工藝介質(zhì)對(duì)內(nèi)側(cè)密封起到潤(rùn)滑作用；有壓雙重機(jī)械密封密封腔內(nèi)通入比介質(zhì)壓力高0.05～0.15 MPa的隔離液，起封堵、潤(rùn)滑等作用。本臺(tái)機(jī)泵介質(zhì)是減壓塔底油,介質(zhì)本身黏度大、有雜質(zhì),不適合起潤(rùn)滑密封作用,因此應(yīng)選擇有壓的雙端面密封，選擇布置方式3。

兩組密封端面的機(jī)械密封又可分為“面對(duì)面”、“背靠背”、“面對(duì)背”(串聯(lián))等型式，其中串聯(lián)機(jī)械密封可使密封腔壓力逐級(jí)降低，介質(zhì)不外漏。因此選擇“面對(duì)背”式的串聯(lián)機(jī)械密封較為合適。

2.3 密封材料的選擇

正確選擇密封材料對(duì)提高密封可靠性，延長(zhǎng)使用壽命和降低成本起著重要的作用。

2.3.1 摩擦副組對(duì)材料的選擇

根據(jù)API682—2004標(biāo)準(zhǔn)6.1.6.2.4規(guī)定:介質(zhì)含有顆粒、高黏度和高壓工況下的密封可能需要硬對(duì)硬的密封面材料。除非另有指定，主密封環(huán)和副密封環(huán)材料都應(yīng)是碳化硅。

2.3.2 輔助密封圈材料的選擇

根據(jù)選擇的C型密封，及API682標(biāo)準(zhǔn)附錄B.5(見(jiàn)表4)靜環(huán)及動(dòng)環(huán)密封圈均采用柔性石墨。

表4 輔助密封材料典型溫度導(dǎo)則 ℃

2.3.3 彈性原件材料的選擇

根據(jù)API682—2004標(biāo)準(zhǔn)6.1.6.6的規(guī)定， C型密封的金屬波紋管材料應(yīng)使用合金718，因科鎳爾718耐高溫，耐腐蝕而且彈性好是機(jī)械密封中金屬波紋管最常用的材料。同時(shí)介質(zhì)溫度為360 ℃，因此也不能選擇適用范圍低于315 ℃的AM-350。

2.3.4 結(jié)構(gòu)件材料的選擇

選擇結(jié)構(gòu)件材料時(shí)應(yīng)主要考慮強(qiáng)度及耐蝕性。一般情況下選擇1Cr13、2Cr13、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等，考慮到介質(zhì)不具腐蝕性，選擇了0Cr18Ni9作為泵送環(huán)、傳動(dòng)環(huán)、螺釘?shù)鹊牟馁|(zhì)。

2.4 沖洗方案的確定

冷卻沖洗是機(jī)械密封系統(tǒng)的主要功能之一，可以達(dá)到隔離介質(zhì)、冷卻和改善潤(rùn)滑的目的，以保證機(jī)械密封正常運(yùn)轉(zhuǎn)[4]。當(dāng)介質(zhì)溫度大于80 ℃時(shí)，機(jī)械密封就應(yīng)采取冷卻措施。

根據(jù)沖洗液的來(lái)源，沖洗可分為自沖洗和外沖洗兩大類。按照前面所選擇的B型、布置方式3串聯(lián)機(jī)械密封，本套機(jī)械密封應(yīng)有兩套沖洗方案，而本臺(tái)泵介質(zhì)不適合作為沖洗液使用，因此兩套沖洗方案都選用外沖洗。

根據(jù)API682—2004標(biāo)準(zhǔn)附錄A 第7表，推薦的密封布置方式選擇過(guò)程(非烴類物質(zhì))，截取部分見(jiàn)圖1。

圖1 推薦的密封布置方式選擇過(guò)程(部分)

本臺(tái)機(jī)泵為臥式高溫油泵，密封腔需要沖洗、冷卻，因此選用液體阻封；輸送流體具有磨蝕性顆粒，要選擇沖洗方案32；通過(guò)前面選擇加壓雙端面密封選擇53A，因此密封沖洗方案選擇Plan32+53A。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)密封型式等4個(gè)方面選出的機(jī)械密封適合目前的機(jī)泵工況，機(jī)械密封已使用18 000 h未發(fā)生密封損壞、泄漏量超標(biāo)現(xiàn)象，證明本次改造選型也是成功的。根據(jù)本次選型經(jīng)驗(yàn)，建議對(duì)200 ℃以上的高溫油泵機(jī)械密封選型重點(diǎn)考慮以下幾方面：選擇可靠的雙密封型式；選擇可靠的摩擦副、彈性件及結(jié)構(gòu)件材料；根據(jù)泵型選用適合的雙沖洗方案。

[1] 郝木明.機(jī)械密封技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社，2010：171.

[2] 楊愉, 黃澤沛.泵用機(jī)械密封的選型要求[J].流體機(jī)械, 1997,25(2): 36-40.

[3] 陳偉.機(jī)泵選用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社,2009:28-29.

[4] 郝木明.機(jī)械密封技術(shù)及應(yīng)用[M].北京：中國(guó)石化出版社,2010:140.

SK高等有限公司完成韓國(guó)PDH裝置建設(shè)

高等石化公司與韓國(guó)SK燃?xì)夤窘M建的合資企業(yè)SK高等有限公司位于韓國(guó)蔚山的一套丙烷脫氫(PDH)裝置提前一個(gè)月完成機(jī)械工程建設(shè)，該裝置的丙烯產(chǎn)能為600 kt/a，采用Lummus的“Catofin”脫氫工藝技術(shù)，預(yù)定2016年第一季度試運(yùn)行，同年正式進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。

(中國(guó)石化有機(jī)原料科技情報(bào)中心站供稿)

Selection of the Mechanical Seal for Heat Pump at Bottom of Hydrocracking Unit Vacuum Tower

Zhao Tengfei

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

Since 2011, several fire accidents occurred within China Petrochemical Corporation caused by leakage of mechanical seal of heat pump. Proper and rational selection of mechanical seal could effectively extend the service time of equipment, and thereby increase the operational stability of the production plant. The selection methodsfor mechanical seal of vacuum towerheat pump were introduced in terms of form,layout, sealing material and flushing programs so as to select the mechanical seal fitting the pump best, and thereby make its service life meeting the requirements of the American Petroleum Institute (API) 682.

heat pump, mechanical seal, selection

2015-08-24。

趙騰飛，男，1986年出生，2009年畢業(yè)于北京石油化工學(xué)院自動(dòng)化專業(yè)，工程師，主要從事轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備管理工作。

1674-1099 (2015)06-0034-03

TE974

A