高压热油泵机械密封泄漏分析及对策

　　★石油化工安全环保技术设备安全高压热油泵机械密封泄漏分析及对策姜红超（中国石化扬子石油化工股份有限公司芳烃厂，江苏南京点，通过对影响该泵机械密封泄漏的主要原因进行计算分析，指出摩擦副端面温度过高是导致机械密封失效的主要原因，通过采取疏通机械密封冷却水通道及改造柴油冲洗冷却系统等措施，消除密封泄漏问题。

　　芳烃厂加氢裂化装置二系列反应进料泵GA?102A/B为美国BYONACKSCN公司制造的双层壳体泵，原设计为循环油泵，在1994年加氢裂化装置2 000kt/敕造后用作二段新鲜原料油泵，其操作条件见表1表1操作条件输送介质原料油流量八3.h介质温度/°c介质压力/MPa功率/W具有高温、高压、高速的特点，运行工况苛刻。

　　CA?102A/B泵在日常运行过程中，机械密封寿命较短，易泄漏问题一直困扰着加氢裂化装置的安稳运行，仅2007年7月份，〔A?102B泵因机械密封泄漏问题就进行了3次检修，解体检查发现其故障现象均为大气侧机械密封动环或静环出现裂纹，而且在修复投用后不久，又出现泄漏。频繁的检修大大增加了检修人员的劳动强度，也给加氢裂化装置的高负荷持续生产带来一定的隐患，因此有必要对该机械密封的泄漏原因从理论上进行分析，并通过采取适当的措施使这一问题得到解决。

　　1机械密封简介司设计制造，具体结构如所示。该机械密封由两套高速密封组件组成，产品侧为一套型号为MF165/88?G2的单端面金属波纹管结构的高温高压机械密封，大气侧为一套型号为HSH2/103单作用流体动压式式带泵效螺旋结构的机械密封。HSH和MFL机械密封都是采用弹簧静止式，以适应高速运转的要求，从结构上布置成两级串联式，以适应高压的要求，在冷却方式上均采用强制冷却，以适应高温的要求。产品侧机械密封靠外部冷却水在水夹套中强制循环来带走热量，大气侧的机械密封是由外加柴油急冷液循环来冷却的，冷却柴油在泵效螺旋的离心力作用下强制循环通过柴油水冷器。

　　2密封泄漏原因分析对多次发生泄漏的大气侧的HSH2/103单作用平衡式机械密封进行分析，由看出，引起泄漏的密封点有以下四点：动、静环摩擦副（点A）静环与压盖之间密封圈（点B）静环压盖与泵体之间的密封垫片（点C）以及动环与轴套之间的密封圈（点D）其机械密封参数见表2表2大气侧机械密封参数密封型号密封面内径/mm密封面外径/mm静环座内径/mm弹簧个数/个弹簧直径/mm弹簧丝径/mm弹簧有效圈数弹簧材料动环材料WC（硬质合金）静环材料石墨密封圈材料氟橡胶安装后压缩量/mm具体分析这四个密封点，其中静环与压盖之间密封圈、静环压盖与泵体之间的密封垫片以及动环与轴套之间的密封圈这三个位置属于静密封，在安装没有问题的情况下，所使用的材料氟橡胶可以承受250工实际解体检修中也未发现上述密封件失效。因此，动、静环摩擦副密封的失效应为机械密封泄漏的主要形式。

　　从实际检修情况来看，动、静环摩擦副密封失效出现次数也较多，有关资料表明：影响摩擦副密封效果主要有以下三个因素：摩擦副端面比压，摩擦副端面线速度V摩擦副端面摩擦热11.下面对这三个因素逐一进行分析计算。

　　21摩擦副端面比压Pc的计算设静环端面内径为d外径为d则静环端面面积：现场检测静环支撑弹簧有效圈数n为14圈，弹簧丝径D为1mm弹簧直径d为6. 2mm查设计手册，弹簧弹性模量G=78400N/rf，因此，弹簧刚度为：已知静环支撑弹簧个数为6个，压缩量为因密封介质为柴油，查机械密封手册取液膜反压系数X=0.34 22摩擦副端面线速度V计算748r/mn转，密封面平均直径为Dm从计算数据可以看出摩擦副端面比压P摩擦副端面线速度V等均符合德国布格曼公司的高温、高压高速机械密封的设计及选材规范21，其中摩擦副端面线速度Vc较大，产生的摩擦热也必然较大，值得关注。

　　23摩擦副端面的摩擦热计算排除上述因素，摩擦副端面的摩擦热应该是导致密封失效的根本原因。如果没有外加柴油急冷液来强制冷却，过高的摩擦副端面温度很快就会破坏摩擦副端面密封液膜使其气化形成摩擦副端面气相工作状态，使摩擦副密封状态失稳，导致泄漏。根据机械密封手册，大气端机械密封摩擦产生的热量12.考虑到介质端密封摩擦的热量，取总的摩擦量实际检测，机械密封运行正常时，密封柴油的进口温度为40出口温度为70°C.计算需要强制循环的少冲洗冷却液的流量12：由上述计算可以看出冷却柴油足量循环的重要性。因此，GA?102泵机械密封泄漏的故障现象为大气侧机械密封动环或静环出现裂纹，其原因主要有以下三点：动静环备件质量问题、动静环安装方法问题和运行一段时间后由于冷却水关系结垢造成冷却柴油流量的减少。对于具有高温、高压、高速特性的机械密封系统，密封辅助系统的运行工况应引起足够的重视。

　　3对策措施31机械密封安装前的检查与控制从前面计算可知，静环背面的弹簧质量对保证机械密封摩擦副之间一定的端面比压具有重要作用。因此，机械密封安装前，对弹簧一定要仔细检查，高度要一致，各弹簧高度相差要小于0.5mm且不能有偏斜现象，弹簧力的下降量不能超过机械密封动、静环的密封橡胶圈的规格及弹性一定要严格检查，保证安装后压缩率在8 ~10，符合设计手册规范要求。

　　机械密封静环为石墨环，动环为WQ硬质合金，它们具有耐热、耐腐蚀性能，化学稳定性高，耐热冲击性好、线膨胀系数小等一系列的优点，但石墨有硬度低、硬质合金有脆性大的缺点，现场检修发现，硬质合金动环多次出现裂纹，而橡胶圈却没有碳化，说明该硬质合金动环经国产化后导热性能较差，产生热裂。因此，为保证密封效果，应首先要从备件上提高质量，同时，动静环密封面平面度要控制在0.03mm内，且不允许有崩边、划伤等现象。

　　机械密封安装基本参数的检查与控制：机械密封安装部位的轴套径向跳动小于0.04mm转子的轴向串量小于0.1mm密封腔体与轴（轴套）的垂直度小于0.1mm机械密封弹簧压缩量在4~5mm之间。

　　3.2机械密封安装过程中的注意要点硬质合金动环安装在称为泵效螺旋的动环座内，通过防转销固定，在检修中要注意防转销在销孔中为过盈配合，且插入销孔底部，防止在动态时因防转销问题造成动环破坏。

　　硬质合金动环座在轴套上安装时，是通过一个整环和两个半环定位在轴套上，然后再用销钉固定，动环安装的整个过程应尽量用手工均匀装配，不要用手锤或铜棒敲击，损坏密封组件。）该泵的急冷柴油是通过称为泵效螺旋的动环座上的梯形螺纹在高速旋转中产生泵效应来强制循环冲洗冷却的。因此，动环座上的梯形螺纹旋转方向一定不能搞错，否则必将减弱冷却效果而导致密封失效。

　　3.3机械密封辅助冷却系统的改造该泵大气侧机械密封是从外部引入柴油实现密封冲洗冷却的，在处于备用预热状态时，0.87MPa的原料油极有可能通过产品侧机械密封渗漏至柴油系统中，在处于冷却状态而柴油系统中变成半凝固的蜡油，造成柴油系统管线堵塞一旦运行，即破坏密封摩擦副液膜，导致机械密封泄漏，针对这种现象，给柴油系统管线增加伴热蒸汽铜管，在该泵处于备用状态时开通伴热，保证管线畅通，而在泵处于运行状态时则停止伴热，保证柴油冷却效果。

　　为确保急冷柴油管线畅通，给柴油管线增（下转第38页）贯穿于整个管的横截面，暗示着那个位置腐蚀物质的质量传递系数将会很高。这些信息的获得将会有助于防止腐蚀发生在其它类似的流动部位。当然有效的方法会更有信心评价危险的几何结构并提出修改方案，如增加两个逆流间的距离。

　　3结语通过对上面两个炼油车间里的过程流动单元分析，可以看出应用FLET对化工过程分析有可行的实用价值，同时也更方便快捷的找出问题出现的部位及原因。因此推广FUENI用以炼厂操作过程的改善和提高其设备、单元运行的安全性可靠性，会起到很大的作用。