环管反应器轴流泵机械密封消除冲洗死区改造

摘 要：茂名高密度装置反应器轴流泵机械密封出现损坏，进行查找原因，确认是机械密封存在冲洗死区，冲洗异丁烷气化后进入密封油系统，污染密封油，造成密封损坏。对机械密封进行改造，消除冲洗死区。

关键词：轴流泵 初级密封 轴承 冲洗死区

中图分类号：TH3 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0058-01

茂名35万吨/年高密度装置的心脏设备P-4001劳伦斯泵，是目前世界上用于环管反应器的最大的轴流泵[1～2]。2006年8月投用后，在2008年至2009年期间先后多次出现机械密封损坏故障。为彻底解决问题，我们进行了技术攻关，查找原因，确定对策，最终通过对机械密封进行改造，解决了问题。

1 反应器轴流泵简介

高密度装置使用环管反应器[3]，高密度装置轴流泵安装在环管反应器下部，用于推动反应物料高速定向循环流动。轴流泵基本结构包括一弯管结构壳体、叶轮、主轴、轴承箱和机械密封。该泵由美国劳伦斯泵公司生产，工艺介质为聚乙烯浆液，电机功率3002 kW，电机转速1492 RPM，增速机转速1804 RPM；入口压力4.4 MPaG，出口压力：4.77 MpaG；介质温度90°C～115 °C。

2 机械密封结构

环管反应器中的物料不允许泄漏到轴流泵外，因此用一套串级机械密封[1，4]来保证其密封性，使用初级密封、安全密封和处于两者之间的中间密封。初级密封前端通过唇型密封隔离环管反应器，后端与中间密封之间充满高压密封油，初级密封中有一个双列滚子轴承，型号为SKF23034 CC/W33VW532。为阻挡反应器内颗粒状聚集物进入机械密封，同时及时带走密封内产生的热量，外接压力比环管反应器内压力高0.1～0.2 MPaG的纯净异丁烷液体对其进行循环冲洗。

3 存在问题

2006年8月开车后，机械密封使用寿命短，从2006年8月28日开始投入运行，到2008年12月份，该泵因机械密封故障共检修了8次。最短使用寿命只有2个月，最长也只有12个月。机械密封损坏时，出现过初级密封、中间密封封同时损坏，也出现过只有初级密封损坏。

4 问题排查

（1）机械密封材质需要改进。

2008年12月后投用的两套机械密封，安全密封主密封补偿环由原来的合成材料改用纯SiC，机械密封的使用寿命有所改善，但未完全解决寿命短的问题。

（2）对异丁烷冲洗孔数少进行优化。

异丁烷冲洗孔最初设计为孔数为一个，冲洗异丁烷在节流环和唇封处的分布不均匀，发现有聚乙烯粉料在唇封处积聚。为了使冲洗异丁烷分布更加均匀，冲洗效果更好，2008年12月后改为4个，该项改进并未完全解决密封损坏问题。

（3）增加异丁烷冲洗流量。

异丁烷冲洗流量设定从460 kg/h增加到900 kg/h，减少聚乙烯粉料在唇封处积聚。该项改进也未能完全解决密封损坏问题。

（4）初级密封中轴承损坏应该是机械密封损坏的主要原因。

每次机械密封损坏，有时密封动静环、轴套等会出现损坏，但是每一次初级密封中轴承都出现损坏，因此初步判断密封失效的源头应该是机密封中的轴承先损坏，磨损的金属屑进入密封油系统造成密封失效。

5 消除机械密封冲洗[5～6]死区改造

2008年12月，采集密封油系统中的油样进行分析，密封油中异丁烷含量高达3000 PPM，对油造成严重污染。通过每天在线置换油两的方法（该方法为在线将密封油放出约10 L，再补进10 L新鲜油），也只能将密封油异丁烷含量控制在300 PPM左右。通过每天在线置换油的方法，这套密封维持使用了1年时间。可以确定异丁烷漏入密封油中是造成密封损坏的原因。为了彻底解决问题，决定对机械密封结构进行改造。

异丁烷为什么会漏入到密封油中，经过分析，对现有轴流泵的机械密封进行冲洗时，如图1所示，密封座2上节流环1右侧设有冲洗通道8，冲洗液从冲洗通道8进入初级密封，后从节流环1与轴套5之间间隙7再经唇形密封6流出初级密封流入环管反应器。上述冲洗过程，易在由密封座2、动环3、静环4、轴套3组成的腔体9的右端，即动、静环下侧，形成一冲洗死区。冲洗液进入该死区后，会积存在该死区处，不能继续循环，温度升高气化后，会进入密封油系统，污染密封油，导致密封的使用寿命缩短。

为了避免存在冲洗死区，我们对初级密封进行了重新设计，消除冲洗死区设计的其特征在于：在密封座2上设有入口连通冲洗通道8、出口倾斜向下的冲向所述腔体9冲洗死区的斜冲洗通道10，连续的冲洗该处的异丁烷，使丁烷从间隙7流入反应器，而不在该处停留。

6 结论

2010年2月1日投用改造的机封后，密封油中异丁烷的含量在30～60 PPM之间波动，对机械密封没有影响，到2012年7月，该泵已连续运行29个月，创该型号机泵世界最长运行周期。该泵的机械密封改造获得圆满成功。

参考文献

[1]安礼强，蔡敏.环管反应器轴流泵机械密封失效原因分析及改造[J].机械，2005，32（11）：60-62.

[2]官书林.环管反应器轴流泵功率波动原因分析及对策[J].齐鲁石油化工，2012，40（2）：129-131.

[3]马俊林.环管反应器的研究现状及展望[J].十堰大学学报：自然科学版，1995（3）：27-31.

[4]马程华，赵海力.高危介质泵密封系统改造实践[J].中外能源，2008，13：90-91.

[5]黄颖，赵斌义.IGCC装置中泵用机械密封冲洗方案选择[J].大氮肥，2007，30（5）：306-309.

[6]周彬，龚建华.高温油泵机械密封和密封冲洗方案的改造[J].石油和化工设备，2012，15：76-77.