脱丁烷塔塔底泵密封泄漏的原因分析及处理

付超，马彪，周家成，赵万庆

（中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司，新疆 独山子 833699）

脱丁烷塔塔底泵密封泄漏的原因分析及处理

付超，马彪，周家成，赵万庆

（中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司，新疆 独山子 833699）

脱丁烷塔塔底泵因为密封泄漏多次停机检修，本文对泄漏原因进行了分析，认为密封冲洗量不足、冲洗介质不洁净和O型圈材质不合理是密封泄漏的主要原因，针对泄漏原因，采取了扩大节流孔板直径、增加冲洗液过滤器和更换O型圈材质的处理措施。现场使用效果良好，为现场解决密封泄漏问题提供一种方法和思路。

密封泄漏；改造；冲洗

脱丁烷塔塔底泵是某石化分离装置的重要机泵，根据数据统计，2015年全年检修密封频次高达6次, 平均运行寿命仅有2个月。由于该机泵所输送的介质为易燃易爆介质，密封经常泄漏存在安全生产隐患，不仅增加了机泵的检修作业风险和运行成本，而且影响到上下游装置的长周期平稳运行（见图1、2）。

图1 脱丁烷塔塔底泵

图2 改造前节流孔板尺寸图

1 原因分析

根据密封结构，对密封安装时补偿机构的预紧量、密封结构有无冲洗死区，冲洗系统是否符合要求，轴套有无变形毛刺、O型圈与介质是否相溶等一系列环节，进行了原因排查。通过分析发现，导致密封泄漏有以下3个方面的原因。

1.1 冲洗液流量不满足密封冲洗要求

足够的密封冲洗液不仅将密封产生的摩擦热带走，还将保证密封各元件在洁净的环境下工作。如果冲洗液的流量不够，将无法实现冲洗液的功能，终将导致密封泄漏。

在脱丁烷塔塔底泵中,介质流量59.4m3/h、吸入压力0.49MPa、排出压力1.035MPa、操作温度109℃、介质密度0.668kg/m³，冲洗线节流孔板直径为4mm。根据流量计算公式可以得出密封冲洗流量仅为1.05m³/h，小于密封腔实际所需冲洗液流量1.5～2.0m3/h，不能满足机械密封的冲洗要求。

1.2 冲洗液洁净度不满足密封冲洗要求

含杂质的冲洗液，不仅不能保证密封摩擦副间的洁净，而且会将杂质带入到密封摩擦面之间，造成密封面刮擦并出现划痕，导致密封泄漏。脱丁烷塔塔底泵冲洗介质由该泵出口介质引入，由于该泵输送的介质中所含组分较多，且不稳定，极易形成固态或晶体，在拆解的机械密封摩擦副中，发现大量的杂质及结胶物（见图3、4），分析认为冲洗液不干净，导致密封失效。

图3 密封中存在大量杂质

图4 密封面结胶

1.3 O型密封圈材质与物料介质不相容

脱丁烷塔塔底泵静环密封圈材质采用的是氟橡胶，通过查阅 《橡胶密封制品实用加工技术》等技术资料发现，氟橡胶适用的介质仅仅是热油、蒸汽、空气、无机酸、卤素类溶剂，但耐低温（冬季）和耐酸碱等性能相对较弱，长期与腐蚀性较强的碱液接触，就会造成密封圈整体溶胀变形、腐蚀变硬、皲裂继而失弹（见图5、6），从而失去辅助密封的作用。

图5 使用前的密封圈

图6 发生溶胀变形的密封圈

2 处理措施

根据上述原因分析，采取以下3项处理措施。

2.1 改变节流孔大小

为了确定节流板的合适孔径，既要满足冲洗量约1.5～2.0m3/h的要求，又不能过大导致对密封面的冲击造成点蚀，按照下式对节流板孔径重新进行校核计算。

式中，薄壁孔流量系数Cd=0.62.节流孔板前后压差ΔP =0.545×106Pa，介质密度ρ=0.668kg/m³，节流孔面积为A=π（D/2）2m2。

将允许冲洗流量的上下限，带入以上公式计算得节流孔dmin=5.58mm，dmax=6.35mm。为了便于加工，同时避免流量处于极限附近不稳定，节流板直径取6mm，然后校核流量为1.876m3/h，符合使用要求。在原有节流孔板基础上，将节流孔直径由4mm改为6mm（图7、8）。

图7 改造后节流孔板尺寸图

图8 改造后的节流孔板

2.2 冲洗系统增加过滤装置

受设备现场情况及工艺条件的限制，无法改变冲洗介质含杂质的现状,同时也无法引入其它介质（如水）作为冲洗介质。

为了解决以上问题，从原系统出口管线中增加旁路，引入机械密封冲洗系统，在旁路上设置2路并联管线，分别增加过滤器，通过在线压差仪表监测前后压差（见图9）。在前期试用过程中，两路过滤器安装不同目数的过滤网，验证最佳的过滤网目数。在后期的使用过程中，两路过滤器安装相同目数的过滤网，当密封系统冲洗前后压差增大后，可以在不停机的情况下，在线更换过滤网，同时启用另外一路过滤器（见图10）。避免为了清洗过滤网，必须频繁切泵影响机械密封的使用寿命。

2.3 更换密封圈材料

为了寻找和确定最合适的密封圈材质，通过查阅《机械设计手册》《润滑与密封原理》及《常用工程材料》等技术资料，发现丁腈橡胶（UA）、硅橡胶（UK）和填充聚四氟乙烯（PTFE），也可以作为O型密封圈的材料。对这3种常用的辅助密封圈材料性能进行对比后，选择比较适用于低温泵轻烃介质的填充聚四氟乙烯，来作为O型圈材质，以解决密封圈与轻烃接触溶胀变形，

继而失效泄漏的问题。

图9 改造后的工艺流程

图10 现场实施效果图

3 改造效果

改造后,脱丁烷塔塔底泵运转情况良好，到目前为止还未对该设备进行检修，已连续运行12个月,达到改造目标。此次改造，节约配件费、人工费和停工减产物料费共计35.84万元/年，经济效益显著。通过改造，解决了脱丁烷塔塔底泵密封泄漏的故障，消除了安全隐患，确保了设备长周期平稳运行，具有较好的社会效益。

4 结语

此次改造经验可以推广到其他类似机泵密封的改造上，为以后处理类似问题提供依据。此次改造，仅就设备本身采取了相应的改进措施，通过工艺操作优化，避免出现超负荷、气蚀等非正常工况，可进一步延长机泵使用寿命。

[1]张朋. 机泵机械密封泄漏原因分析[J]. 油气田地面工程,2013,(09):139.

[2]蔡艳,张斌,李正伟,张俊峰. 机泵机械密封泄漏的原因及对策措施[J]. 山东化工, 2013,(08):148-151.

[3]孙学武. 化工机泵机械密封的应用[J].聚氯乙烯,2005,(8):39-40.

TQ325

：A

：1671-0711（2017）09（下）-0211-02