国家能源集团宁夏煤业公司烯烃二分公司 750411
摘要：石化企业物料有毒有害、易燃易爆特性以及人们环保意识的提高，企业对泵机械密封的密封性提出了更高要求。针对本公司乙烯输送泵机械密封寿命短、机封泄漏严重、频繁检修等问题，文章结合实际运行过程中的维修情况，分析了低温乙烯介质下机械密封泄漏原因，分别从机封密封材料、预冷方式及机械密封结构等方面进行了改进，改进后显著减少了机械密封泄漏情况，达到长周期稳定运行的要求。
关键词：立式泵、机械密封、低温、乙烯、气化、改进
一、改进前的状况
乙烯输送泵是我公司关键设备之一，起着将裂解输送至罐区储存的乙烯送往聚乙烯装置的重要作用。我公司罐区乙烯输送泵为立式悬吊、双层壳体离心泵，其型号是LDB160-80×7-A-12，额定流量128m³/h，扬程485m，泵送介质为低温乙烯、介质温度为-35℃。乙烯泵机械密封采用双端面串联设计，机封冲洗方案为API Plan52+14+62。乙烯泵第一道机封泄漏情况从试车时就一直存在，该泵封液罐压力高报为0.2MPa，但在运行过程中压力一度高达1.2MPa，大大超出了工艺要求，同时封液罐中冲洗液温度最高也达到77℃并伴随着其中冲洗液液位的降低。我们在虹吸罐温度、压力、液位无法维持时对机封进行更换，但更换后以上现象依然存在，尽管在运行中我们采取了工艺措施，但收效甚微。机封的频繁更换占用了较多的检修资源、浪费了大量的人力物力，同时也成为制约我公司长周期稳定运行的因素。
二、机械密封故障分析
2.1、机械密封系统简介
我公司乙烯泵机械密封采用双端面串联形式，两道机封动静环材料分别为石墨和碳化硅，静密封材料为聚四氟乙烯和氟橡胶。机械密封冲洗方案为API Plan52+14+62，第一道机封动静环液膜为低温液态乙烯（温度为-32-35℃），动静环摩擦产生的热量通过乙烯冲洗液带回到泵入口；第二道机封动静环液膜为32#化妆白油，热量由隔离液带走。
2.2、机械密封故障原因分析
通过对机械密封的拆检检修，我们分析出液态乙烯泵机械密封失效的原因主要有以下几个方面。
2.2.1、静密封O型圈低温老化
该泵机封静密封O型圈采用普通国产丁腈橡胶。通过对失效机封拆检，我们发现第一道机封处2条O型圈及轴套处1条O型圈老化变形，机封使用时间仅仅2个月，远未达到O型圈失效时间。通过分析我们发现此种O型圈应用温度范围在-25℃-100℃之间，若在-35℃附近工作会加快老化速度。
2.2.2、机封未设置排气管道
该泵输送介质为低温液态乙烯，在冷泵过程中如果不对第一道机封进行排气，则经过喉部衬套减压后的乙烯极易气化。该泵未安装机封排气至火炬管道，导致冷泵过程中无法对机封中气态乙烯进行排出，如机封中存在气态乙烯，则泵启动后第一道机封动静环之间无法形成良好的液膜，导致动静环摩擦副无法达到密封要求。从而乙烯通过喉部衬套和第一道机封动静环逐渐泄漏至封液罐中，导致封液罐压力升高超出工艺允许范围。（将排气口上移）
2.2.3、机封冲洗口设置不合理
通过对比分析，我们发现在API PLAN14方案FO（冲洗出口）和FI（冲洗入口）冲洗位置在同一高度（见图一），容易导致在内密封密封面处聚集气体，并且气体无法彻底排出，这就容易导致密封在运转过程中造成内密封液膜不稳定，内密封容易因干磨而导致失效。
三、机械密封改进措施
针对我们分析查找出的原因，我们对该泵机械密封提出一系列的改进措施
该泵运行温度在-35℃，要保证在长时间运行过程中静密封O型圈不老化，必须采用在-35℃工况下长期运行不失效的O型圈。通过我们查阅相关标准，发现氢化丁腈橡胶可以很好满足这一工况。氢化丁腈橡胶简称HNBR，是由丁腈橡胶进行特殊加氢处理而得到的一种高饱和度的弹性体，HNBR耐高温性为130℃-180℃，耐低温性为-55℃至-38℃且具有较高抗压缩永久变形能力，是综合性能极为出色的橡胶之一。
在API PLAN14方案中，冲洗液从泵的出口冲洗机封，再循环到带限流孔板的泵的入口，方案是API PLAN11和API PLAN13的结合，此方案主要是用于立式泵机封腔的连续排气，密封腔除热，增加密封腔压力和流体气化临界空间。但在机泵预冷过程中，由于泵进出口无压差，低温乙烯气化产生的气态乙烯无法通过入口排出，导致运行时摩擦副之间无法形成良好液膜。结合此情况，我们将FO（冲洗液出口）引入泵入口管线处增加一条去往火炬线的管线，在机泵预冷结束时（泵体温度降至35℃）打开去往火炬管线阀门进行排气，以排出第一道机封腔体气化乙烯。
机封在运行过程中由于摩擦副之间的相对运动，会产生一定热量，当热量集聚导致温度高于冲洗液（乙烯）饱和蒸汽温度时就会使冲洗液气化，若气化冲洗液无法及时排出就会导致摩擦副干磨进而失效。在之前的机封中，由于FO（冲洗出口）和FI（冲洗入口）处于同一高度，不利于排出气态乙烯，为此我们改进时FO口和FI口高度充分考虑内密封的排气问题（见图二），确保内密封腔内不会有气体堆积，以防止密封的干磨，保证密封面液膜完免了密封可能出现干磨的问题。
四、结论
上述改进措施逐步实施后，我公司低温乙烯输送泵运行稳定，至今已累计稳定运行6000小时，远超改进前最长运行记录2000小时。解决了长期以来乙烯泵机封频繁更换的现状，提高了低温介质条件下机械密封运行稳定性，为公司在低温介质下机泵稳定运行提供了可借鉴经验。在安全稳定运行方面降低了易燃易爆介质泄漏的风险，降低了检修成本，为公司长周期稳定运行提供了保障。
论文作者:邹冬明
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第10期
论文发表时间:2019/9/30
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