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摘要：針對(duì)延遲焦化裝置輻射進(jìn)料泵串聯(lián)機(jī)械密封故障率高的情況，對(duì)進(jìn)料泵機(jī)封腔與機(jī)械密封結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行分析。結(jié)合介質(zhì)溫度高、黏度大的特點(diǎn)，通過技術(shù)改造解決了進(jìn)口輻射進(jìn)料泵機(jī)械密封運(yùn)行壽命短的問題，保證裝置安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

前言

輻射進(jìn)料泵是金陵石化公司185kt/a焦化裝置的核心設(shè)備。常減壓裝置的減壓塔底部抽出的渣油，經(jīng)過換熱器換熱至320℃，由輻射進(jìn)料泵輸送至燃燒爐輻射室，再加熱輸送至焦炭塔。輻射進(jìn)料泵自機(jī)封型式由單端面改為串聯(lián)后，運(yùn)行中泵出口側(cè)機(jī)封第一道密封頻繁出現(xiàn)泄漏故障，機(jī)封的使用壽命不超過3000h。由于介質(zhì)黏度大、溫度高，機(jī)封一旦出現(xiàn)泄漏故障，會(huì)污染裝置現(xiàn)場(chǎng)且存在較大安全隱患，增加檢維修費(fèi)。

1.機(jī)泵結(jié)構(gòu)及機(jī)封改造歷史

輻射進(jìn)料泵型號(hào)RON-D8X16,流量322m3/h，揚(yáng)程400m，入口壓力(0.15~0.42)MPa(表壓)；兩級(jí)葉輪，首級(jí)葉輪為雙吸結(jié)構(gòu)，出口葉輪為封閉式單吸葉輪;機(jī)封腔設(shè)置有平衡管，接泵入口減壓。

該泵出廠時(shí)機(jī)封為單端面波紋管機(jī)封，使用PLAN32+62沖洗方案。2012年，為滿足中石化高溫?zé)嵊捅霉芾硪�求，提高機(jī)封的安全性及可靠性，改為串聯(lián)式波紋管機(jī)械密封，使用PLAN32+53A沖洗方案。

2.密封失效原因分析

機(jī)封改為PLAN32+53A串聯(lián)密封后，使用不到3000h，第一道密封泄漏，壓力罐液位降低，故障出現(xiàn)在泵出口端側(cè)密封，入口端未出現(xiàn)問題。解體失效機(jī)封，發(fā)現(xiàn)密封端面受損，有明顯磨損痕跡。

在機(jī)泵運(yùn)行中觀察到，密封沖洗油壓力表波動(dòng)頻繁，正常使用0.6MPa密封沖洗油，會(huì)間斷性上升至(0.8-0.9)MPa，證明機(jī)封腔壓力存在波動(dòng)，導(dǎo)致封油壓力低于機(jī)封腔壓力，沖洗油無法注入機(jī)封腔，機(jī)封腔內(nèi)無法穩(wěn)定形成潔凈、低溫運(yùn)行工況。端面在高溫、粘稠、含焦粉等環(huán)境下運(yùn)行，加劇機(jī)封損壞，使密封過早失效。

（1）機(jī)封結(jié)構(gòu)分析

改造前機(jī)泵原裝密封為約翰克蘭的單端面波紋管機(jī)械密封，設(shè)計(jì)為PLAN32+PLAN62的沖洗方案，沖洗液壓力為裝置內(nèi)80℃蠟油，壓力為0.8MPa；PLAN62方案中靜環(huán)座提供背冷的介質(zhì)為160℃蒸汽(圖1)。

圖1

機(jī)封腔壓力平衡設(shè)計(jì)有平衡孔與平衡管：一是機(jī)封腔上方設(shè)計(jì)有平衡管與泵入口相連；二是通過二級(jí)葉輪入口部位通過喉部襯套與泵體的徑向節(jié)流作用，降低密封腔壓力，保證沖洗液有一定流量進(jìn)入機(jī)封腔，達(dá)到?jīng)_洗雜質(zhì)、降低端面溫度的目的。

改造后機(jī)封為串聯(lián)式帶壓機(jī)封結(jié)構(gòu)(圖2)，采用PLAN32+53A的沖洗方案。一級(jí)密封PLAN32在介質(zhì)側(cè)密封引入蠟油沖洗，給密封腔降溫的同時(shí)防止高溫介質(zhì)中的焦粉進(jìn)入密封端面。

圖2 

二級(jí)密封PLAN53A方案在儲(chǔ)罐內(nèi)之間加入46#白油，儲(chǔ)罐用中壓氮?dú)饧訅海�保持�?chǔ)罐內(nèi)隔離液壓力高于密封腔壓力(0.14~0.41)MP.，隔離液通過熱虹吸及二級(jí)機(jī)封泵送裝置建立循環(huán)，通過儲(chǔ)罐的冷卻盤管從而抑制二級(jí)密封的溫升[1]。

改造后串聯(lián)式帶壓機(jī)封結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是：一旦一級(jí)密封失效發(fā)生泄漏，隔離液壓力高于介質(zhì)壓力，隔離液會(huì)流向泵內(nèi)，密封變?yōu)閱味嗣婷芊猓瑑?chǔ)罐低液位或低壓報(bào)警，操作員有足夠時(shí)間判斷密封失效、采取措施；如果二級(jí)失效泄漏，隔離液泄漏到大氣中，密封變?yōu)槌惺芊磯旱膯味嗣鏅C(jī)封，不會(huì)發(fā)生介質(zhì)泄漏。這時(shí)儲(chǔ)罐低液位或壓力報(bào)警，給操作員足夠時(shí)間停泵切換。

密封改造后有以下區(qū)別：一是PLAN32+53A機(jī)封設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)為內(nèi)側(cè)機(jī)封承受儲(chǔ)罐內(nèi)封液壓力高于密封腔壓力，不能承受密封腔壓力高于儲(chǔ)罐封液壓力;二是考慮到在高溫工況更加穩(wěn)定，使用靜止型波紋管機(jī)封，第一級(jí)端面距離沖洗液較單端面機(jī)封更遠(yuǎn)。

（2）離心泵結(jié)構(gòu)影響分析

1）喉部襯套檢查情況

首先要排除喉部襯套磨損導(dǎo)致機(jī)封腔壓力過高的情況。因?yàn)榻橘|(zhì)經(jīng)喉部襯套節(jié)流后壓力依然較高，將直接導(dǎo)致密封腔壓力過高，超過沖洗壓力后渣油將倒竄人沖洗管路，沖洗液發(fā)揮不了沖洗冷卻作用。檢修時(shí)測(cè)量喉部襯套外徑95.48mm，泵體內(nèi)徑96.05mm，間隙為0.57mm，均在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，且肉眼觀察磨痕很少，所以排除喉部襯套磨損導(dǎo)致機(jī)封腔壓力變高的因素(圖3)。

圖3

2）離心泵機(jī)封腔結(jié)構(gòu)分析

輻射進(jìn)料泵為兩級(jí)葉輪，首級(jí)葉輪為雙吸結(jié)構(gòu)，機(jī)封腔設(shè)置有平衡管回人口減壓。機(jī)泵大修時(shí)檢查機(jī)封腔發(fā)現(xiàn)，機(jī)封腔有一平衡沖洗孔由二級(jí)人口至機(jī)封腔，尺寸Φ5mm(圖4)，且平衡管開口在機(jī)封腔的正上方（圖5）。

圖4

圖5

通過綜合分析，得出以下結(jié)論：

改造后的機(jī)封第一道密封端面在平衡管開口的正下方，導(dǎo)致PLAN32注入的沖洗液直接從平衡管排走，起不到?jīng)_洗與降溫作用，且機(jī)封腔平衡孔大量的渣油進(jìn)人機(jī)封腔從平衡管循環(huán)流動(dòng)，導(dǎo)致第一道密封運(yùn)行環(huán)境非常惡劣，同時(shí)由于機(jī)泵運(yùn)行工藝參數(shù)波動(dòng)，大大影響第一道密封的運(yùn)行壓力，甚至導(dǎo)致反壓(圖6)。

圖6

而未改造前的單端面密封，由于密封較短、機(jī)封端面靠外側(cè)遠(yuǎn)離高溫介質(zhì)，PLAN32沖洗不受平衡管處流體的影響，且單端面機(jī)封對(duì)機(jī)封腔壓力變化不敏感，在保證沖洗通暢的基礎(chǔ)上，機(jī)封運(yùn)行良好。

3.機(jī)封改造方案

分析認(rèn)為，故障主要原因是改造后機(jī)封與原機(jī)封腔不匹配、導(dǎo)致機(jī)封運(yùn)行環(huán)境惡劣。因此，要從保證PLAN32沖洗液順暢入手，保證第一道密封端面的運(yùn)行環(huán)境。因?yàn)闄C(jī)泵機(jī)封腔平衡孔位置無法更改，只能改進(jìn)機(jī)封設(shè)計(jì)，來保證第一道密封運(yùn)行在設(shè)計(jì)環(huán)境下。

（1）機(jī)封增加節(jié)流環(huán)

第一道機(jī)封處增加節(jié)流環(huán)，以使得平衡管與PLAN32液體分離(圖7)，使得PLAN32沖洗液不受上方平衡管開口流體的影響，保證第一道密封的運(yùn)行環(huán)境。為保證節(jié)流環(huán)對(duì)沖洗液沒有節(jié)流效果，對(duì)節(jié)流環(huán)的尺寸進(jìn)行了核算，保證第一道密封的沖洗液的流量。

 圖7

PLAN32沖洗液F孔尺寸Φ10mm；面積78.5mm2;F孔處腰形狀分布孔面積113.04mm2；節(jié)流環(huán)內(nèi)徑Φ129.5mm；密封動(dòng)環(huán)座外徑Φ128mm。故最小環(huán)帶面積為303.2mm2。

根據(jù)以上計(jì)算，從沖洗液F孔Φ10mm開始，面積逐漸增大，所以不存在節(jié)流情況。節(jié)流環(huán)設(shè)計(jì)可以保證沖洗液通暢流動(dòng)。

（2）改變輔助系統(tǒng)參數(shù)

由原機(jī)封設(shè)計(jì)圖紙機(jī)封腔壓力波動(dòng)范圍為(0.15~0.8)MPa，因此適當(dāng)提高PLA)32封油壓力至0.9MPa，保證機(jī)封端面不受反壓，增加53A氮?dú)鈮毫�較沖洗液壓力大(0.2~0.4)MPa。同時(shí)為更好地監(jiān)控沖洗流量，保證沖洗正常，更換原沖洗液流量計(jì)，使得運(yùn)行有效監(jiān)控。

4.結(jié)語

研究機(jī)封失效現(xiàn)象，從機(jī)封結(jié)構(gòu)與機(jī)泵構(gòu)造2個(gè)方面進(jìn)行原因分析，得出機(jī)封失效的根本原因。通過技術(shù)改造增加機(jī)封節(jié)流環(huán)，改造后沖洗蠟油能完全通過節(jié)流環(huán)對(duì)機(jī)封端面進(jìn)行沖洗，保證密封端面在清潔、溫度適宜的設(shè)計(jì)工況下運(yùn)行。不僅延長(zhǎng)了密封的使用壽命，有效緩解機(jī)封故障，而且提高平時(shí)操作和維護(hù)的安全系數(shù)，減輕對(duì)周圍環(huán)境的污染，保證裝置安穩(wěn)長(zhǎng)運(yùn)行。