錢宇安

（鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司，浙江 寧波 315207）

高危泵密封可靠性改造

錢宇安

（鎮(zhèn)海石化建安工程有限公司，浙江 寧波 315207）

通過對(duì)高危泵機(jī)械密封及其沖洗系統(tǒng)的改造，解決了石油化工行業(yè)中危險(xiǎn)介質(zhì)直接泄漏到大氣中的風(fēng)險(xiǎn)，大大降低了環(huán)境污染和火災(zāi)事故的發(fā)生。

機(jī)械密封；沖洗系統(tǒng)；高溫油泵；液態(tài)烴泵；芳烴泵；高危泵

石油化工行業(yè)中因高溫油泵、液態(tài)烴泵、輕烴泵（統(tǒng)稱高危泵）等引發(fā)的火災(zāi)事故屢見不鮮，主要原因是密封技術(shù)不可靠，高溫介質(zhì)、液態(tài)烴、輕烴泄漏后污染環(huán)境甚至引發(fā)火災(zāi)。過去國(guó)內(nèi)因認(rèn)識(shí)、技術(shù)及資金不足，這類高危泵的軸封一般采用單端面機(jī)械密封，這類密封相對(duì)價(jià)格較低，但一旦發(fā)生泄漏，運(yùn)行介質(zhì)直接漏到大氣，污染環(huán)境甚至發(fā)生火災(zāi)。隨著國(guó)力的日益強(qiáng)盛，大家對(duì)安全、環(huán)境保護(hù)與健康的要求也不斷提高。

近年來，鎮(zhèn)海煉化全力治理安全隱患，2011年起，開始計(jì)劃對(duì)175臺(tái)高危泵根據(jù)API682-2004“離心及旋轉(zhuǎn)泵用軸封系統(tǒng)”進(jìn)行密封式地可靠性改造，根據(jù)運(yùn)行介質(zhì)的特性選擇了不同的改造方案，并趁2012年停工大修的機(jī)會(huì)實(shí)施改造。目前，大部分高危泵的機(jī)械密封運(yùn)行已超過12個(gè)月（備用泵除外），改造基本告成。

1 高危泵機(jī)械密封改造方案

1.1 使用單端面波紋管機(jī)械密封和PLAN32沖洗系統(tǒng)

本次鎮(zhèn)海煉化對(duì)3 6臺(tái)高溫油泵的單端面波紋管機(jī)械密封進(jìn)行了材質(zhì)的升級(jí)：摩擦副材料為優(yōu)質(zhì)碳化硅或碳化鎢和抗泡疤浸銻石墨；波紋管材料為INCONEL718；輔助密封為柔性石墨。同時(shí)對(duì)密封的PLAN32沖洗系統(tǒng)按API682-2004標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了改造（重新配管，增加了單向閥、流量計(jì)、壓力計(jì)等），以便于對(duì)密封腔的壓力和沖洗流量進(jìn)行監(jiān)控。

本方案適用于運(yùn)行介質(zhì)泄漏到環(huán)境中相對(duì)風(fēng)險(xiǎn)較低的高溫油泵，密封端面由外來的潔凈并相對(duì)低溫的液體進(jìn)行沖洗，沖洗液壓力一般高于密封腔壓力0.1～0.2 MPa，正常情況下外部沖洗液會(huì)從密封腔流入到被輸送的介質(zhì)中，所以外部沖洗液應(yīng)與被輸送的介質(zhì)相容，同時(shí)要考慮它對(duì)產(chǎn)品濃度的影響。

當(dāng)機(jī)械密封失效泄漏時(shí)，泄漏到環(huán)境中的將是外部沖洗液，所以，本方案可以實(shí)現(xiàn)泵送介質(zhì)向大氣環(huán)境的零排放，當(dāng)然，選擇外部沖洗液時(shí)還要考慮環(huán)境污染的問題。本次改造中，PLAN32外部沖洗液用柴油為多，部分泵用蠟油。

1.2使用雙端面波紋管機(jī)械密封和PLAN32+53a沖洗系統(tǒng)

本次對(duì)49臺(tái)高溫泵進(jìn)行了機(jī)械密封改型，在波紋管材質(zhì)升級(jí)的基礎(chǔ)上，將單端面密封改為串聯(lián)式雙端面波紋管機(jī)械密封，主密封采用PLAN 32沖洗系統(tǒng)，次級(jí)密封采用PLAN53a沖洗系統(tǒng)。

本方案中，主密封PLAN32外部沖洗液高于運(yùn)行介質(zhì)壓力0.1～0.2 MPa（流量不少于8 L/min），次級(jí)密封PLAN53a系統(tǒng)中阻塞液罐內(nèi)壓力通過罐頂一個(gè)調(diào)壓閥來控制，使罐內(nèi)壓力高于主密封腔壓力0.14～0.41 MPa，罐內(nèi)液位和壓力可遠(yuǎn)程傳送到操作室DCS（集散控制系統(tǒng)），阻塞液選用白油或潤(rùn)滑油。

因此，主密封泄漏時(shí)，將是阻塞液向泵內(nèi)泄漏，液位下降到報(bào)警低液位時(shí)，DCS報(bào)警，提醒操作人員處理。次級(jí)密封泄漏時(shí)，將是阻塞液向泵外泄漏（少量白油或潤(rùn)滑油對(duì)環(huán)境無害），同樣，液位下降到報(bào)警低液位時(shí)，DCS報(bào)警，提醒操作人員處理。可見，本方案可以實(shí)現(xiàn)泵送介質(zhì)向大氣環(huán)境的零排放。

串聯(lián)波紋管機(jī)械密封結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：

（1）主密封端面壓差ΔP1= P32－P53=－（0.14～0.41）MPa，泄漏方向與離心力方向一致所以屬外流式密封，其端面比壓P1=Pt+（K－λ）ΔP1，其中Pt為彈簧比壓，K為載荷系數(shù)，λ為膜壓系數(shù)（高黏度介質(zhì)λ取0.3～0.4）。由此可見，主密封端面比壓將低于彈簧比壓，其端面比壓相對(duì)較低，對(duì)控制密封面摩擦溫度是有益的，但是如果阻塞液壓力高出PLAN32沖洗液壓力過大，密封端面就有被打開從而導(dǎo)致泄漏的風(fēng)險(xiǎn)，因此，阻塞液壓力高出PLAN32沖洗液壓力的值需要合理控制，一般波紋管彈簧比壓Pt在0.2 MPa左右，所以當(dāng)阻塞液壓力高出PLAN32沖洗液壓力超出0.41 MPa時(shí)，端面比壓P1將會(huì)太低，端面有泄漏風(fēng)險(xiǎn)。

（2）次級(jí)密封端面壓差ΔP2= P53－P0=P32+（0.14～0.41） －0= P介+（0.1～0.2）+（0.14～0.41）=P介+（0.24～0.61）MPa（取大氣壓P0=0），泄漏方向與離心力方向相反，所以屬內(nèi)流式密封，其端面比壓P2=Pt+（K－λ）ΔP2。由此可見，當(dāng)P介大于零，次級(jí)密封端面比壓將高于彈簧比壓，其端面比壓相對(duì)較高，要控制密封端面摩擦產(chǎn)生熱量，彈簧比壓需控制低些。所以，當(dāng)主、次級(jí)密封設(shè)計(jì)材質(zhì)、幾何參數(shù)相同時(shí)，次級(jí)密封的P V值更高，當(dāng)P介較大時(shí)，核對(duì)其許用值尤為重要。

（3）主密封靜環(huán)背部壓力高于正面壓力，即P53大于P32，所以靜環(huán)正面需加擋板限位對(duì)于PLAN32+53a方案的高溫泵，開泵時(shí)的操作技巧很重要（特別是冷泵開泵時(shí)）。根據(jù)上述密封原理，灌液時(shí)應(yīng)該遵循先高壓后低壓的原則，也就是先加注阻塞液，然后開啟PLAN32系統(tǒng)沖洗液，最后再開泵入口閥引入運(yùn)行介質(zhì)暖泵，同時(shí)進(jìn)行排氣。泵體預(yù)熱時(shí)，溫度應(yīng)均勻的上升，每小時(shí)的溫升不得大于50℃，每隔10 min盤車轉(zhuǎn)半圈，溫度超過150℃時(shí)，每隔5 min盤車半圈，開泵前泵體表面與有工作介質(zhì)的進(jìn)口工藝管線的溫差不能大于40℃，并確認(rèn)排盡泵內(nèi)氣體，大修后試車的泵還應(yīng)進(jìn)行熱態(tài)找正。同樣如停泵后需交付檢修，應(yīng)每隔20～30 min盤車半圈，直至泵體溫度降到50℃。

2 高危泵機(jī)械密封改造經(jīng)驗(yàn)

（1）串聯(lián)式機(jī)械密封的次級(jí)密封均采用了外部循環(huán)，其循環(huán)動(dòng)力除了熱虹吸動(dòng)力外，還有來自于泵送環(huán)的動(dòng)力，而泵送環(huán)的尺寸受到密封腔空間的限制，其揚(yáng)程只能達(dá)到1～2 m水柱，因此，現(xiàn)場(chǎng)安裝PLAN53a和PLAN52系統(tǒng)的儲(chǔ)液罐時(shí)，一定要選擇就近的原則（當(dāng)然考慮操作和檢修的空間也是必要的），根據(jù)API682-2004的要求，為了減少外部循環(huán)中的壓降，儲(chǔ)罐和密封壓蓋之間應(yīng)盡量縮短管道和盡量少用管件，從泵密封至儲(chǔ)罐的所有管道應(yīng)至少有1 mm/24 mm的上斜坡度，使用平滑的大彎曲半徑彎頭；儲(chǔ)液罐和機(jī)械密封之間的連接管道應(yīng)是奧氏體不銹鋼管，軸徑小于等于60 mm時(shí)管徑最小為12 mm ，軸徑大于60 mm 時(shí)管徑最小為18 mm。因此，我們平常配管追求的橫平豎直的標(biāo)準(zhǔn)在這里卻是大豈，容易形成氣阻。

（2）一開始高溫油泵PLAN32系統(tǒng)改造中選用橢圓齒輪流量計(jì)，投用時(shí)發(fā)現(xiàn)流量計(jì)齒輪易卡死，后全部更換成磁浮子流量計(jì)。

（3）焊接金屬波紋管在液化氣類的介質(zhì)中有疲勞失效的傾向，并且波紋管開裂時(shí)介質(zhì)將大量泄漏，故不推薦用于液化氣類及輕烴類等急驟蒸發(fā)性介質(zhì)的機(jī)泵上。

3 結(jié)論

鎮(zhèn)海煉化高危泵改造在裝置、維修單位、密封廠家三方的通力合作下，取得了圓滿成功，本項(xiàng)目完成后，避免了危險(xiǎn)介質(zhì)泄漏到大氣中，杜絕了火災(zāi)的發(fā)生及有害化工介質(zhì)對(duì)環(huán)境的污染，有很好的社會(huì)效益。

［1］ 2012年鎮(zhèn)海煉化高溫油泵改造、鎮(zhèn)海煉化液化氣泵改造、鎮(zhèn)海煉化芳烴泵改造相關(guān)圖紙資料.

［2］ 王汝美.實(shí)用機(jī)械密封技術(shù)問答.北京: 中國(guó)石化出版社，1995.［3］ 胡國(guó)楨，石流，閻家賓.化工密封技術(shù)，北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1995.

［4］ 機(jī)械密封與密封裝置標(biāo)準(zhǔn)匯編.機(jī)械工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)服務(wù)部，1997.

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Upgrading of high-risk pump seal reliability

TH136

1009-797X（2016）10-0099-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.040

錢宇安（1963-），男，研究方向?yàn)槭突まD(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備的安裝、檢維修技術(shù)施工管理。

2016-04-20