針對煉油廠催化裂化裝置分餾塔底循環(huán)油漿泵的機械密封壽命短、泄漏頻繁、檢修率高的問題。文章分析了導(dǎo)致油漿泵機械密封泄漏的原因，分別對油漿泵機械密封的選型、機械密封沖洗方案進行了改造，改造后延長了機械密封的使用壽命，達到了長周期運行。
催化分餾塔底油漿循環(huán)泵是煉油廠催化裂化裝置的關(guān)鍵設(shè)備，我廠油漿泵為開一備一，由嘉利特荏原泵業(yè)有限公司制造。該泵為單級單吸懸臂式離心泵，其泵的型號為200ZPY450；流量為376m3/h，揚程為150 m；入口壓力0.2 MPa，出口壓力2.0 MPa，介質(zhì)為油漿；溫度340 ℃，采用波紋管式機械密封。油漿泵輸送介質(zhì)溫度高，密度大(840~1 010 kg/m3),含有較高濃度的催化劑(Al2O3及SiO2)等固體顆粒，最高濃度可達25 g/L，這些固體顆粒吸附性強，粘附在機封波紋管上，使波紋管波谷內(nèi)沉積大量的催化劑顆粒，從而使波紋管失彈，導(dǎo)致機械密封頻繁泄漏，給裝置的長周期運行造成了很大的隱患。
1、機械密封系統(tǒng)失效原因分析
1.1、機械密封系統(tǒng)簡介
我廠油漿泵機械密封采用單端面波紋管式，如圖1 所示，該機械密封靜環(huán)材質(zhì)為碳化硅(SiC)，動環(huán)材質(zhì)為石墨，動環(huán)輔助密封圈材質(zhì)為柔性石墨，其余材料均為不銹鋼。
圖1 波紋管集裝式機械密封結(jié)構(gòu)組裝圖
1-軸封圈；5-動環(huán)密封圈；6-金屬波紋管；7-靜環(huán)；11-水封；12-恰簧；16-動環(huán)輔助密封圈
機械密封的輔助系統(tǒng)采用了外沖洗結(jié)構(gòu)(PLAN32 方案)，密封沖洗液為30 ℃催化自產(chǎn)柴油，壓力為0.6 MPa，沖洗液經(jīng)機封壓蓋進入密封腔，密封沖洗液溫度較低，能及時帶走摩擦熱，防止動靜環(huán)以及波紋管結(jié)焦，同時沖走密封腔內(nèi)的雜質(zhì)及結(jié)焦物，保證密封腔潔凈及潤滑摩擦副。此外該機械密封還采用了低壓蒸汽冷卻系統(tǒng)，冷卻蒸汽既起到冷卻的作用，同時又能防止密封腔內(nèi)液體進入彈性元件腔，從而使波紋管機械密封在更加潔凈的條件下運行。
1.2、機械密封失效原因分析
通過對失效機械密封的拆修解剖分析，發(fā)現(xiàn)引起機械密封失效泄漏的原因主要有以下幾個方面：
1.2.1、工藝操作造成機械密封失效
在日常開停工過程中，由于操作原因造成油漿泵入口壓力波動較大時，使油漿泵反生抽空、汽蝕及憋壓等異常現(xiàn)象，引起較大的軸向力，使動、靜環(huán)接觸面分離，從而造成機封泄漏；日常操作中油漿泵輸送介質(zhì)中含有催化劑顆粒狀物質(zhì)，運轉(zhuǎn)過程中進入摩擦副端面起研磨作用，造成機封波紋管內(nèi)側(cè)結(jié)焦、積碳及含固體催化劑顆粒使波紋管失彈及密封面發(fā)生劇烈磨損而失效。
1.2.2、設(shè)備安裝運行過程中造成機械密封失效
機械密封動靜環(huán)密封端面間的摩擦工況，是影響機封密封壽命的主要因素。油漿泵安裝運行期間，機封密封存在以下幾種失效：
(1)安裝不當(dāng)造成機械密封泄漏
安裝機械密封時壓縮量過大，導(dǎo)致摩擦副端面嚴重磨損、擦傷；動環(huán)密封圈過緊，彈簧無法調(diào)整動環(huán)的軸向浮動量；靜環(huán)密封面過松，當(dāng)動環(huán)軸向浮動時，靜環(huán)脫離靜環(huán)座。
(2)由于密封端面失去潤滑油膜而造成機械密封泄漏
因端面密封載荷的存在，在密封腔缺乏液體時啟動泵而發(fā)生干摩擦，造成機封泄漏；介質(zhì)壓力低于飽和蒸汽壓力，使得密封端面液膜發(fā)生閃蒸，喪失潤滑，造成機封泄漏。
(3)機封沖洗造成機械密封泄漏
油漿泵機械密封輔助沖洗系統(tǒng)要保障機封冷卻系統(tǒng)沖洗液持續(xù)供給，防止端面沖洗液中斷，油漿泵運行過程中沖洗液中斷，使密封端面溫度升高，潤滑膜閃蒸而降低密封端面的潤滑，從而加劇磨損，造成機械密封泄漏。
2、機械密封改造方案
2.1、串聯(lián)式機械密封結(jié)構(gòu)及工作原理
將油漿泵機械密封由單端面改為雙端面，該方案為兩級機械密封(即串聯(lián)機封)，如圖2 所示。第一級密封介質(zhì)為柴油。兩級密封之間設(shè)蓄能罐，帶壓氣囊蓄能器加入隔離液(封液)作為二級密封的密封介質(zhì)。當(dāng)?shù)谝患壝芊庑孤┖螅钅芷鲗⒏綦x介質(zhì)壓入密封腔內(nèi)，使泵送介質(zhì)無法泄漏到大氣，同時蓄能器上的壓力開關(guān)報警。
圖2 串聯(lián)機械密封結(jié)構(gòu)
1-彈簧盒組件；2-軸套；3-動環(huán)Ⅰ；4-泵端蓋；5-靜環(huán)Ⅰ；6-靜環(huán)座；7-壓蓋；8-傳動環(huán)；9-轉(zhuǎn)動圈；10-泵軸；11-靜環(huán)Ⅱ；12-動環(huán)Ⅱ；13-彈簧；14-泵送環(huán)；15-O 形圈
與單端面機械密封相比，串聯(lián)機封具有以下有點：
(1)適用于有毒有害等高危介質(zhì)，可實現(xiàn)介質(zhì)的零溢出，降低了危險介質(zhì)泄漏到大氣中的風(fēng)險。
(2)雙重保護作用，主密封失效，二級密封可以短時間起到主密封的作用。
(3)通過壓力開關(guān)，液位開關(guān)可以實時監(jiān)測密封的失效情況。
2.2、API 32+53B 密封沖洗方案工作原理及特點
API 32+53B 方案工作原理：外部管道系統(tǒng)為加壓串聯(lián)密封的二級密封提供隔離液，預(yù)先加了壓的氣囊蓄能罐提供壓力給循環(huán)系統(tǒng)，如圖3 所示。蓄能器為有壓的雙端面密封提供隔離液(封液)，采用換熱器對隔離液進行降溫。
圖3 密封沖洗方案API 32+53B
它的主要優(yōu)點有：適用于高溫工況，區(qū)別于自沖洗，從外部引入潔凈沖洗液；帶走密封端面處的雜質(zhì)顆粒，對密封起到清潔作用；封液壓力高于介質(zhì)壓力，保證工藝介質(zhì)零排放；系統(tǒng)配有壓力報警開關(guān)，可及時發(fā)現(xiàn)密封失效情況；當(dāng)一級密封失效時二級密封實現(xiàn)主密封功能，提高設(shè)備運行安全安級。
3、結(jié)論
實施上述改造后，催化裂化裝置分餾塔底油漿泵P208 運行狀況良好，機械密封處于穩(wěn)定狀態(tài)，有效杜絕高危機泵密封泄漏的危險介質(zhì)排放至大氣的隱患，與此同時為機泵密封維修提供預(yù)警，機泵連續(xù)運轉(zhuǎn)的可靠性得到了明顯提升(我廠油漿泵至今已經(jīng)累計運行8 600 h 無故障)，降低了機修車間維修工作量，減少了維修成本。總結(jié)上述改造，得出以下結(jié)論：
(1)機械密封為雙端面波紋管密封，在一級密封失效時二級密封實現(xiàn)主密封功能，與單端面密封相比，雙重非承壓密封能降低回路泄漏風(fēng)險，提高設(shè)備運行安全等級；
(2)機械密封輔助系統(tǒng)的功能在于采用沖洗、循環(huán)、熱對流的工作方式，控制機械密封的溫度、潤滑等式?jīng)r參數(shù)，建立較理想的機械密封的工作環(huán)境，提高機械密封的可靠性，延長使用壽命；有效地改善了機械密封的運行狀況，為高危介質(zhì)泵機械密封長周期運行提供了重要保障。
作者簡介：孟 亮，中石油青海油田格爾木煉油廠。
