表面活性剂中和复配工段机泵机械密封泄漏情况分析及处理方法

陈 巍

（大庆油田化工集团 设备管理部，黑龙江 大庆 163453）

（Chemical Group of Daqing Oilfield EquipmentManagement Department,Daqing Heilongjiang 163453，China）

生产与技术改造

表面活性剂中和复配工段机泵机械密封泄漏情况分析及处理方法

陈 巍

（大庆油田化工集团 设备管理部，黑龙江 大庆 163453）

对大庆油田化工集团表面活性剂生产装置中，中和复配工段所用机泵机械密封泄漏原因进行了全面分析，并对各种泄漏现象以及可能引起泄漏的部位进行说明，同时，对于部分泄漏的处理方法给出了简要的说明。

中和复配；转子泵；机械密封；泄漏

（Chemical Group of Daqing Oilfield EquipmentManagement Department,Daqing Heilongjiang 163453，China）

Abstrct：The comprehensive analysis of the origin of leak of pump’smechanical sealing during neutralization and remixing process in the surface active agent production equipment in Daqing Oilfield Limited Company were given.The different leak phenomenon and leak partswere discussed.In themeanwhile,the sealing performance of the upgraded sealingmaterialswas tested,and finally solution to the pump’smechanical sealing was given.

Key words：neutralization and remixing；rotary pump；mechanical sealing；leak

在表活剂生产工艺中，中和复配工段所涉及的腐蚀性介质种类最多，介质的性质各不相同，一共涉及到3种苯磺酸、1种液碱和1种有机溶剂。由于这几种物料物性特殊，苯磺酸和液碱都属于强酸强碱类介质，腐蚀性极强，而有机溶剂溶解性极强，这就造成了中和复配工段机泵密封经常出现泄漏，维修频繁。由于其输送介质的特殊性质，大部分输送泵都由以前的填料密封改为了现在的机械密封，因为虽然填料密封结构简单、价格便宜、维修方便，但泄漏量大、功率损失大[1]。因此，填料密封用于输送一般介质，如水，不适用于石油及化工介质，特别是不能用在强酸强碱介质中[2]。而机械密封密封较好，泄漏量很少，寿命长，但价格贵，加工、安装、维修、保养比一般密封要求高[3]。机械密封适用于输送石油及化工介质，可用于各种不同粘度、强腐蚀性和含颗粒的介质。经过现场多次密封材质升级试验，我们终于找到了合适的密封材质。本文从机械密封泄漏原因、密封材质升级对比等方面找到了由于介质物料与密封材质不匹配造成的泄漏问题的解决方法。

1 中和复配工段及机械密封的结构原理简介

中和复配工段主要工艺原理就是指将表面活性剂的中间产品苯磺酸与液碱中和反应生成表面活性剂的工艺过程。表面活性剂粘度大，需要在有机溶剂中才能保持良好的流动性。故在该反应中，参与反应的是苯磺酸和液碱，有机溶剂只起溶解作用，不参与反应。

机械密封也称端面密封，是一种旋转轴用的接触式动密封，它至少有一对垂直于旋转轴线的端面，该端面在流体压力及补偿机械外弹力的作用下，加之辅助密封的配合，与另一端面保持贴合并相对滑动，从而防止流体泄漏。由于两个密封端面的紧密贴合，使密封端面之间形成一微小间隙，当有压介质通过此间隙时，形成极薄的液膜，形成阻力，阻止介质泄漏，又使端面得以润滑，由此获得较好的密封效果。机械密封的种类繁多、型号各异，但它们的泄漏点基本上都表现在以下6处：（1）动、静环端面处；（2）静环与机封座的辅助密封处；（3）动环与轴套的辅助密封处；（4）机封座与泵体之间的密封处；（5）轴套与泵轴之间的密封处；（6）动环镶嵌结构配合处。其主要结构见图1。

图1 机械密封结构示意图Fig.1 Mechanical seal structure

2 机械密封的故障表现及问题分析

机械密封的故障在运行中集中表现为振动、发热、磨损，最终以介质向外泄漏的形式出现。其故障原因主要为以下3种：（1）密封端面的故障（包括磨损、热裂、变形、破损）；（2）弹簧故障（包括松驰、断裂和腐蚀）；（3）辅助密封圈故障（包括变形、硬化、破裂、变质失效）。

下面对大庆油田化工集团表活剂装置中和复配工段生产工况下的机械密封泄漏现象进行描述并分析：

（1）中间产品苯磺酸输送泵为宁波得利时泵业所生产的凸轮式双转子泵，机泵采用外装式[4]、单弹簧机械密封，磨擦副组对为RBSIC[5]对RBSIC，辅助密封圈材质为F-26。机械密封泄漏后经拆检发现，端面无明显磨损，采用仪器检测后发现端面平度较好，部分端面存在轻微的划痕，磨擦副触面失去亮度，边界磨擦被破坏；同时，大部分拆检的机封内夹杂颗粒性结焦物及黏度较大的物料，颗粒性杂质长时间积聚在动环与轴之间、弹簧之间、弹簧与弹簧座之间，使补偿密封环不能浮动，失去补偿缓冲作用。颗粒性杂质还可以堵在密封端面间，使密封端面迅速磨损，最终导致机械密封泄漏。由此可见，苯磺酸机泵机械密封频繁失效的主要原因为介质中颗粒性杂质较多，引起弹簧故障或密封端面故障，从而导致泄漏产生。

（2）中和反应釜底中和复配泵也是宁波得利时泵业所生产的凸轮式双转子泵，机泵采用外装式、单弹簧机械密封，磨擦副组对为RBSIC对RBSIC，辅助密封圈材质为F-26，密封端面材质为SiC。机械密封泄漏后经拆检发现，机械密封表面腐蚀严重，动、静环端面无光泽度；动、静环表面颜色由最初的深灰色变为深绿色(见图2、3)

图2 SiC材质机封端面Fig.2 End surface of SiC

图3 316材质动环背面Fig.3 Rotor ring back of 316materials

图4 辅助密封圈新机封与泄漏的机封对比图Fig.4 Comparison of newmechanical seal and leaking mechanical seal

通过观察，我们不难发现中和复配泵机械密封泄漏的主要故障为动环镶嵌结构（RBSIC与316L）腐蚀严重；辅助密封圈（O型密封圈）失效，如图4。采用仪器检测发现机械密封端面接触点大幅度下降，泄漏严重的机械密封端面接触点不足完好机械密封的30%。造成以上现象的主要原因分析如下：

（1）因所输送介质中含有大量NaOH，NaOH对RBSIC中的游离碳起析出作用，使端面失去光泽，表面粗糙，磨擦力增大，边界磨擦被破坏，产生无润滑磨擦，致使机械密封端面平度丧失。由于磨擦热的大幅度增加，使密封端面加速破坏，动环端面变型，最终导致泄漏的产生。

（2）采用外装式机械密封，由于介质压力方向与弹簧作用力方向相反，所以弹簧预压缩或压量刚度值就必须很大，这也是端面过热破损的原因之一。

（3）由于外装式机械密封的介质泄漏方向与离心力方向相同，这又增加了泄漏的可能性。

（4）辅助密封件的材质为氟橡胶，氟胶的耐腐蚀性能、耐热性能特别好，但耐溶性较差，中和生产过程中最先加入的有机溶剂对密封环的破坏力比较大，这也大幅度增加了机械密封泄漏的可能性。

3 机泵机械密封材质升级试验

中和复配机泵机械密封封泄漏的处理方法：拟将机械密封动、静环由RBSIC/RBSIC材质变更为石墨/陶瓷材质，石墨润滑性较好，陶瓷耐NaOH能力较RBSIC强。也可将材质变为SSiC/SSiC，常压烧结（无压烧结）法碳化硅（SSiC）采用α-SIC（亚微米级）为原料添加少量助烧剂经压制成型后，在2000～2300℃较高温度下烧结成致密化坯体。制品α-SiC含量在98%以上，使用温度可达1600℃，主要物理、化学性能指标均优于反应烧结碳化硅，它几乎耐所有酸碱、强氧化性介质的腐蚀，SSiC造价高于RBSiC。O型密封圈由原有的F-26材质变更为包氟O型圈，以减少溶剂对其的破坏性，以上2种材质的动、静环与包氟O型密封圈相配用的机械密封将均被投入此试验。

与厂家多次协商后，在厂家技术人员的大力协助下，抽取4台中和复配泵经过为期半年的现场试验，密封材质问题终于得到圆满解决，试验数据见表1。

经过上述试验，我们探索到了苯磺酸输送泵机封泄漏和中和复配泵机封泄漏的一般处理方法，归纳如下：

表1 各种材质机械密封件耐用时间Tab.1 Duration of differentmaterial formechanical seal

（1）苯磺酸输送泵机封泄漏的处理方法：在磺化过程中尽量降低物料中的颗粒性杂质的含量，在罐底出口和机泵入口增加过滤器。同时将泵设计成带有自冲洗或外冲洗管路系统，在机泵启动前先用冲洗液进行冲洗再大量盘车，这样可减少机械密封内存留的杂质，降低泄漏的可能性。

（2）中和复配泵机封泄漏的处理方法：将机械密封动、静环由RBSIC/RBSIC材质变为变为SSiC/SSiC，降低强碱NaOH溶液对密封材料的腐蚀性，从而增加动、静环端面的寿命；O型密封圈由原有的F-26材质变更为包氟O型圈，以减少溶剂对其的破坏性，从而延长O型辅助密封圈的使用周期。

4 结论

通过对大庆油田化工集团表活剂装置中和复配工段机泵泄漏原因分析，结合现场检查中发现的问题，积极寻找解决由于密封实效造成介质泄漏的处理方法。经过为期半年的现场实验，找到了高粘度强酸强碱介质输送泵机械密封泄漏处理方法，降低了机泵维修频次，节约了公司机泵维修资金，同时减少了机泵污染，给员工提供一个良好的工作环境。

［1］孙秀丽.离心泵机械密封泄漏原因分析及处理方法［J］.化学工程师，2008,15（3）:46-47.

［2］于涛.凸轮转子泵机械密封原因分析与处理［J］.中国设备工程，2008,（12）:28-29.

［3］殷瑞民.机械密封的安装技术与泄漏处理［J］.河南化工，2002,（11）:28.

Leak analysis and sealing solution in pum p’smechanical sealing during neutralization and rem ixing of surface active agent

CHENWei

A

1002-1124（2012）07-0053-03

2012-05-22

陈 巍（1984-），本科，毕业于中国石油大学（北京）过程装备与控制工程专业，现从事化工设备管理工作。