摘要：石油是各国重要的战略性能源。而液力透平机械是石油生产中比较重要的机械设备，如果其泄露问题未得到有效解决，将会影响其正常运行。因此，本文将会探究液力透平机械密封泄漏的原因，并执行有效的改造对策。
关键词：液力透平机械；密封泄漏；原因；对策
1.前言
在外加氢裂化装置中采用液力透平机械可以达到比较理想的节能效果，但是在具体应用过程中，液力透平机械密封泄露问题比较严重，因此需要对其诱发因素进行全面的分析，并提出有效的改造对策，以更好的提高液力透平机械的工作效率。
2.机械密封的概述
2.1机械密封的工作原理
通常情况下，机械密封主要是凭借一对或数对与轴相垂直，并作相对滑动的端面，在补偿机构的弹力和流体压力共同作用下，既能够保持良好的贴合效果，又能够达到辅助密封的目的，进而达到阻漏的一种轴封装置。传统意义上的机械密封主要是指静环与动环间的密封，并依靠波纹管、弹簧等弹性元件和密封液体压力，在静环与动环接触位置形成适当的压紧力，从而确保两个平直、光洁的端面紧密贴合，并在端面间形成极薄的液体膜，从而达到预期的密封效果。
2.2机械密封的分类
（1）对机械密封而言，如果工作温度大于80℃，就可以判定为高温条件，其不仅无法带走摩擦过程产生的摩擦热，而且还有可能导致密封端面温度过高，使端面液膜汽化，发生干摩擦现象。该过程中，密封环也可能出现热裂纹和热变形。
（2）如果工作压力超过3MPa时，称之为高压密封。高压条件下会因为端面比压过大而破坏液膜，诱发端面异常磨损和发热现象。同时高压也会导致密封环出现变形或破裂现象。因此，在高压条件下最好选择钢度、强度更高的材料，从而达到理想的密封效果。
（3）如果线速度大于25m/s时，既可以判定为高速机械密封，该过程将会导致率消耗及摩擦热变大，致使端面温度升高，引发液膜汽化现象，加剧接触面的磨损，不利于端面液膜作用的发挥。
3.液力透平HT-3101机械密封概述
目前，我国大部分石油企业均选用了120万吨/年柴油加氢改质装置反应进料泵P-3103/A，该设备采用了液力透平和电机共同驱动的双驱动方案，按额定功率来对电机进行选择，以确保在无液力透平助力条件下，能够顺利的驱动高压进料泵。实际上，液力透平和电机之间通过离合器和联轴器进行连接，而且在泵组的两侧端安装了液力透平和进料泵，采用了泵-电机-离合器-液力透平的排列方式。当泵处于正常运行状态时，叶轮将会在电机的带动下旋转，在热高分油驱动作用下，液力透平旋转给泵做功。热高分油是液力透平的驱动介质，介质温度控制在240℃，压力控制在11.5MPa，从热高压分离器底部热高分油进入透平入口。通过液力透平后，热高分油的压力降至2.6MPa，最后便可以从液力透平出口顺利的流入热低压分离器。在石油生产过程中采用液力透平技术，能够使反应生成油过程中从热高分转化为热低分所释放的压力能和热能被有效的吸收，而且还可以将旋转的机械能转化为进料泵做功，在一定程度上降低了装置的能耗，提高了能源的利用效率。
液力透平机械密封过程中主要选择了国产化旋转式串联机械进行密封。同时采用了API标准的PLAN53B冲洗方案作为辅助密封系统，并通过外部管道系统来为液力透平加压双密封过程提供所需要的隔离液，并且加压后能够为蓄能器提供所需要的循环系统压力源，通过盘管式换热器可以使循环系统中的热量冷却，该过程中需要保持隔离液系统压力超过密封腔压力，确保介质零泄漏到大气中，液力透平机械密封过程中选择了15＃工业白油作为隔离液。液力透平机械密封隔离液系统一般是由油箱、水冷却器、压力变送器、手压泵、不锈钢管线、蓄能器、排气阀、温度表及阀门等部分组成，将压力报警值设定为2.8MPa，系统压力控制在3.0-3.1MPa，具体如图1所示。
图1 液力透平机械密封示意图
4.液力透平机械密封泄漏的问题及原因分析
4.1机械密封泄漏问题
（1）通常情况下，隔离液冷却循环不通畅将会导致密封介质的传导热和运转产生的摩擦热无法有效的传播出去，并且隔离液在高温的作用下会气化，并在腔内密封后产生气堵现象，该过程极易诱发机械密封泄漏现象。该机械密封泄漏现象主要表现为密封腔进出口管线温差较大、密封压盖温度偏高、进出口水线无温差等。
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（2）液力透平机械密封过程中出现了内漏现象，常见的表现是隔离液压力逐渐下降，但是该过程从密封外部无法看到明显的泄漏迹象。当泄露现象不严重时，一般可以采用手动补压的方式来维持隔离液的压力，如果补压过于频繁或泄漏现象比较严重时，需要停机进行处理。
（3）通常情况下，液力透平机械密封外漏主要是从第二道密封面隔离液向大气进行侧泄漏。从液力透平机械密封外部能够非常清楚的观察到泄漏现象，而且借助相关手段可以判断其是否为隔离液。
（4）液力透平机械密封经常会出现内漏和外漏现象，当两个密封面一起发生泄漏现象时，并且外漏问题比较严重时，泄漏加剧或补压不及时会导致隔离液压力不如被密封介质压力高，此时将会导致液力透平内部介质泄漏至隔离腔内，随后通过第二道密封散播到大气，该阶段最好把液力透平作紧急停运处理。
（5）如果选择的机械密封隔离液质量不好，将会出现明显的气化现象，并对机械密封静环、动环间的油膜形成产生一定的影响，从而进一步加剧密封面磨损，导致泄露问题严重化。
4.2机械密封泄漏原因分析
（1）机械密封换热器管路阻力过大和泵送环的扬程不足。如果液力透平机械密封压盖外表温度太高，则可以判断介质的传导热和密封运转产生的摩擦热在隔离液腔内部过度集中，并且热量未被循环隔离液所带走，从而出现隔离液气化现象，其会造成密封腔气堵，致使隔离液无法进行有效的循环。造成上述现象的原因包括：①换热器设计不合理，盘管直径小，管程太长管阻太大，从而导致循环不畅，不能起到理想的换热效果；②机械密封的泵送环能力有限，从而导致隔离液无法顺利的循环起来。
（2）机械密封结构设计方案存在缺陷。液力透平机械密封采用了旋转式串联密封，并且作为动环波纹管组件是不断旋转的。通常情况下，波纹管在介质侧需要承受隔离液所产生的正压2.65MPa和反压3.1MPa。该条件下，波纹管工作过程中，会由于波纹管的波动和旋转而出现补偿力不足现象，同时由于压力大而导致补偿速度减慢。因此，在开机过程中，如果介质压力不稳定将有可能导致机械密封出现隔离液压力下降、内漏的现象，并且当介质和隔离液压力达到平衡时，介质会回窜到隔离液腔出现不同程度的气化现象，并损伤外侧密封。同时，在隔离液侧，波纹管组件和泵送环将会一起旋转，由于波纹管组件的波动将会使泵送环的泵送质量发生变化，此时介质传导热和隔离液腔的摩擦热将会因为泵送质量不稳定不能进行有效的置换，从而使热量聚集在一起，诱发气堵、气蚀、外漏等现象。
（3）机械密封隔离液选择不理想。通常情况下，石油企业所选择的补充隔离液一般为15＃工业白油，但是其主是确保了隔离液的化学性能符合液力透平工作介质要求，但是并未对其物理特性给予考虑。在具体应用阶段，15＃工业白油只有在工作介质温度较低的条件下才可以更好的发挥其作用，如果液力透平工作介质温度超过230℃时，将会无法发挥其作用，而且还会出现汽化现象，致使密封腔和管路出现气阻现象，有可能诱发机械泄漏问题。
5.液力透平机械密封系统改造
5.1换热器的改造
通常可以把换热器盘管的管径从原始的14mm改造为20mm，管径的变化，将会导致盘管的长度从原始的19.5m改造为7.9m，这样一来将会导致换热器的管程变短，管阻变小，圈数变少，隔离液流量变大，不仅满足了换热所需的流量，而且还可以确保了隔离液的流速，以便腔体的热量被顺利的带走，有效缓解了隔离液腔温度高现象。
5.2更换隔离液型号
通过对隔离液的理化特性进行考虑，并根据液力透平的基本运行状况，可以用沸点更高的HVIP-8油来代替传统的15＃工业白油，避免了隔离液出现气化现象，而且还可以有效延长密封的使用周期。
5.3机械密封的改造
在液力透平机械密封过程中，可以用静止式双端面密封（静环）来替代旋转式串联密封（动环），这样一来在密封运行过程中波纹管将不会跟随一起旋转，这样不仅可以有效解决介质侧密封补偿力不足、承受较大反压的问题。同时，介质侧波纹管所需要承受的压力主要来自于隔离液的压力与介质压力的差值，其一般在0.3MPa左右，从而使介质侧密封的泄漏概率大大降低。在液力透平机械运行过程中，隔离液侧密封承受的是正压，由于波纹管未旋转，因此波纹管波动不会对泵送环的泵送质量产生一定的影响，从而保持泵送环的泵送能力维持在一定相对稳定的水平内，大大降低了机械密封泄漏的可能性。
6.结束语
总之，在石油生产过程中，液力透平机械是其中比较关键的组成部分，为了更好的提高其运行效率，则需要对其常见的密封泄露原因进行分析，并采取有效的改造对策，从而有效降低机械密封泄漏的概率。
参考文献：
[1]于踪洋.上游泵送机械密封液膜稳动态特性分析[D].兰州理工大学,2015.
论文作者:李越宇
论文发表刊物:《防护工程》2017年第34期
论文发表时间:2018/4/4
标签：机械论文; 液力论文; 介质论文; 现象论文; 将会论文; 端面论文; 压力论文; 《防护工程》2017年第34期论文;