高危泵密封可靠性改造

钱宇安

（镇海石化建安工程有限公司，浙江 宁波 315207）

高危泵密封可靠性改造

钱宇安

（镇海石化建安工程有限公司，浙江 宁波 315207）

通过对高危泵机械密封及其冲洗系统的改造，解决了石油化工行业中危险介质直接泄漏到大气中的风险，大大降低了环境污染和火灾事故的发生。

机械密封；冲洗系统；高温油泵；液态烃泵；芳烃泵；高危泵

石油化工行业中因高温油泵、液态烃泵、轻烃泵（统称高危泵）等引发的火灾事故屡见不鲜，主要原因是密封技术不可靠，高温介质、液态烃、轻烃泄漏后污染环境甚至引发火灾。过去国内因认识、技术及资金不足，这类高危泵的轴封一般采用单端面机械密封，这类密封相对价格较低，但一旦发生泄漏，运行介质直接漏到大气，污染环境甚至发生火灾。随着国力的日益强盛，大家对安全、环境保护与健康的要求也不断提高。

近年来，镇海炼化全力治理安全隐患，2011年起，开始计划对175台高危泵根据API682-2004“离心及旋转泵用轴封系统”进行密封式地可靠性改造，根据运行介质的特性选择了不同的改造方案，并趁2012年停工大修的机会实施改造。目前，大部分高危泵的机械密封运行已超过12个月（备用泵除外），改造基本告成。

1 高危泵机械密封改造方案

1.1 使用单端面波纹管机械密封和PLAN32冲洗系统

本次镇海炼化对3 6台高温油泵的单端面波纹管机械密封进行了材质的升级：摩擦副材料为优质碳化硅或碳化钨和抗泡疤浸锑石墨；波纹管材料为INCONEL718；辅助密封为柔性石墨。同时对密封的PLAN32冲洗系统按API682-2004标准进行了改造（重新配管，增加了单向阀、流量计、压力计等），以便于对密封腔的压力和冲洗流量进行监控。

本方案适用于运行介质泄漏到环境中相对风险较低的高温油泵，密封端面由外来的洁净并相对低温的液体进行冲洗，冲洗液压力一般高于密封腔压力0.1～0.2 MPa，正常情况下外部冲洗液会从密封腔流入到被输送的介质中，所以外部冲洗液应与被输送的介质相容，同时要考虑它对产品浓度的影响。

当机械密封失效泄漏时，泄漏到环境中的将是外部冲洗液，所以，本方案可以实现泵送介质向大气环境的零排放，当然，选择外部冲洗液时还要考虑环境污染的问题。本次改造中，PLAN32外部冲洗液用柴油为多，部分泵用蜡油。

1.2使用双端面波纹管机械密封和PLAN32+53a冲洗系统

本次对49台高温泵进行了机械密封改型，在波纹管材质升级的基础上，将单端面密封改为串联式双端面波纹管机械密封，主密封采用PLAN 32冲洗系统，次级密封采用PLAN53a冲洗系统。

本方案中，主密封PLAN32外部冲洗液高于运行介质压力0.1～0.2 MPa（流量不少于8 L/min），次级密封PLAN53a系统中阻塞液罐内压力通过罐顶一个调压阀来控制，使罐内压力高于主密封腔压力0.14～0.41 MPa，罐内液位和压力可远程传送到操作室DCS（集散控制系统），阻塞液选用白油或润滑油。

因此，主密封泄漏时，将是阻塞液向泵内泄漏，液位下降到报警低液位时，DCS报警，提醒操作人员处理。次级密封泄漏时，将是阻塞液向泵外泄漏（少量白油或润滑油对环境无害），同样，液位下降到报警低液位时，DCS报警，提醒操作人员处理。可见，本方案可以实现泵送介质向大气环境的零排放。

串联波纹管机械密封结构特点有：

（1）主密封端面压差ΔP1= P32－P53=－（0.14～0.41）MPa，泄漏方向与离心力方向一致所以属外流式密封，其端面比压P1=Pt+（K－λ）ΔP1，其中Pt为弹簧比压，K为载荷系数，λ为膜压系数（高黏度介质λ取0.3～0.4）。由此可见，主密封端面比压将低于弹簧比压，其端面比压相对较低，对控制密封面摩擦温度是有益的，但是如果阻塞液压力高出PLAN32冲洗液压力过大，密封端面就有被打开从而导致泄漏的风险，因此，阻塞液压力高出PLAN32冲洗液压力的值需要合理控制，一般波纹管弹簧比压Pt在0.2 MPa左右，所以当阻塞液压力高出PLAN32冲洗液压力超出0.41 MPa时，端面比压P1将会太低，端面有泄漏风险。

（2）次级密封端面压差ΔP2= P53－P0=P32+（0.14～0.41） －0= P介+（0.1～0.2）+（0.14～0.41）=P介+（0.24～0.61）MPa（取大气压P0=0），泄漏方向与离心力方向相反，所以属内流式密封，其端面比压P2=Pt+（K－λ）ΔP2。由此可见，当P介大于零，次级密封端面比压将高于弹簧比压，其端面比压相对较高，要控制密封端面摩擦产生热量，弹簧比压需控制低些。所以，当主、次级密封设计材质、几何参数相同时，次级密封的P V值更高，当P介较大时，核对其许用值尤为重要。

（3）主密封静环背部压力高于正面压力，即P53大于P32，所以静环正面需加挡板限位对于PLAN32+53a方案的高温泵，开泵时的操作技巧很重要（特别是冷泵开泵时）。根据上述密封原理，灌液时应该遵循先高压后低压的原则，也就是先加注阻塞液，然后开启PLAN32系统冲洗液，最后再开泵入口阀引入运行介质暖泵，同时进行排气。泵体预热时，温度应均匀的上升，每小时的温升不得大于50℃，每隔10 min盘车转半圈，温度超过150℃时，每隔5 min盘车半圈，开泵前泵体表面与有工作介质的进口工艺管线的温差不能大于40℃，并确认排尽泵内气体，大修后试车的泵还应进行热态找正。同样如停泵后需交付检修，应每隔20～30 min盘车半圈，直至泵体温度降到50℃。

2 高危泵机械密封改造经验

（1）串联式机械密封的次级密封均采用了外部循环，其循环动力除了热虹吸动力外，还有来自于泵送环的动力，而泵送环的尺寸受到密封腔空间的限制，其扬程只能达到1～2 m水柱，因此，现场安装PLAN53a和PLAN52系统的储液罐时，一定要选择就近的原则（当然考虑操作和检修的空间也是必要的），根据API682-2004的要求，为了减少外部循环中的压降，储罐和密封压盖之间应尽量缩短管道和尽量少用管件，从泵密封至储罐的所有管道应至少有1 mm/24 mm的上斜坡度，使用平滑的大弯曲半径弯头；储液罐和机械密封之间的连接管道应是奥氏体不锈钢管，轴径小于等于60 mm时管径最小为12 mm ，轴径大于60 mm 时管径最小为18 mm。因此，我们平常配管追求的横平竖直的标准在这里却是大岂，容易形成气阻。

（2）一开始高温油泵PLAN32系统改造中选用椭圆齿轮流量计，投用时发现流量计齿轮易卡死，后全部更换成磁浮子流量计。

（3）焊接金属波纹管在液化气类的介质中有疲劳失效的倾向，并且波纹管开裂时介质将大量泄漏，故不推荐用于液化气类及轻烃类等急骤蒸发性介质的机泵上。

3 结论

镇海炼化高危泵改造在装置、维修单位、密封厂家三方的通力合作下，取得了圆满成功，本项目完成后，避免了危险介质泄漏到大气中，杜绝了火灾的发生及有害化工介质对环境的污染，有很好的社会效益。

［1］ 2012年镇海炼化高温油泵改造、镇海炼化液化气泵改造、镇海炼化芳烃泵改造相关图纸资料.

［2］ 王汝美.实用机械密封技术问答.北京: 中国石化出版社，1995.［3］ 胡国桢，石流，阎家宾.化工密封技术，北京:化学工业出版社，1995.

［4］ 机械密封与密封装置标准汇编.机械工业标准化技术服务部，1997.

（P-01）

Upgrading of high-risk pump seal reliability

TH136

1009-797X（2016）10-0099-02

A

10.13520/j.cnki.rpte.2016.10.040

钱宇安（1963-），男，研究方向为石油化工转动设备的安装、检维修技术施工管理。

2016-04-20