分析雙端面機(jī)械密封及沖洗方案在石油化工行業(yè)的應(yīng)用

吳建新（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

分析雙端面機(jī)械密封及沖洗方案在石油化工行業(yè)的應(yīng)用

吳建新（中國神華煤制油化工有限公司鄂爾多斯煤制油分公司，內(nèi)蒙古鄂爾多斯 017209）

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，雙端面機(jī)械密封在石油化工行業(yè)中應(yīng)用范圍較廣，其輸送介質(zhì)多為高溫高壓、易燃易爆以及具有毒害性質(zhì)的對流體，探究正確的雙端面機(jī)械密封及沖洗方案將能避免重大泄漏事故的發(fā)生。本文針對石油化工行業(yè)輸送介質(zhì)的特性，對雙端面機(jī)械密封設(shè)計及其應(yīng)用進(jìn)行了淺要分析、還對雙端面機(jī)械密封及沖洗方案予以一定的探索。

雙端面機(jī)械密封；沖洗方案；探索

在石油化工行業(yè)，其相關(guān)設(shè)備輸送的介質(zhì)具有較為明顯的特殊性，在介質(zhì)輸送過程中，泵的良好密封將能保障介質(zhì)安全輸送至目的地。相較于單端面機(jī)械密封，雙端面機(jī)械密封適用性較強(qiáng)，可用于輸送帶有強(qiáng)腐蝕性、存在懸浮顆粒、易揮發(fā)低黏度以及易燃易爆等相關(guān)介質(zhì)，若出現(xiàn)機(jī)械密封失效的隱患，導(dǎo)致介質(zhì)泄漏，則不僅對工作人員身體健康、人身安全等造成重大影響，還對石油化工行業(yè)的安全生產(chǎn)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的威脅，出現(xiàn)重大的安全事故隱患，此外，因介質(zhì)的化學(xué)特性，其還會對泄漏區(qū)域周圍的環(huán)境造成污染。為保障石油化工行業(yè)中高溫重油泵的安全運(yùn)行，改善其機(jī)械密封的泄漏狀況，相關(guān)的大型石化公司及重點高校根據(jù)這一目的開展了新型機(jī)械密封設(shè)計的研究工作，并對其實際應(yīng)用作了簡要的分析。

1 機(jī)械密封失效分析

機(jī)械密封失效的機(jī)械密封動靜環(huán)密封端面間的摩擦工況，是影響機(jī)封密封壽命的主要因素。油漿泵安裝運(yùn)行期間，機(jī)封密封存在以下幾種失效：

1.1 安裝不當(dāng)造成機(jī)械密封泄漏

安裝機(jī)械密封時壓縮量過大，導(dǎo)致摩擦副端面嚴(yán)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。

1.2 由于密封端面失去潤滑油膜而造成機(jī)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(jī)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(jī)封泄漏。

1.3 機(jī)封沖洗造成機(jī)械密封泄漏

油漿泵機(jī)械密封輔助沖洗系統(tǒng)要保障機(jī)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(yùn)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(jī)械密封泄漏。

2 雙端面機(jī)械密封結(jié)構(gòu)及其實際應(yīng)用分析

新型雙端面機(jī)械密封設(shè)計有別于普通接觸式波紋管機(jī)械密封，是對高溫重油泵機(jī)械密封及其輔助系統(tǒng)的技術(shù)改造。因渣油的溫度特別高、其密度與粘度較大、油品酸值較高，但其凝固點較低，若預(yù)熱不充分，粘稠介質(zhì)將會包裹住機(jī)械密封的動靜環(huán)以及彈性體。在機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，則會出現(xiàn)波紋管呈現(xiàn)出扭曲狀態(tài)，致使動靜環(huán)脫離設(shè)備，進(jìn)而發(fā)生介質(zhì)泄漏事故；當(dāng)高溫介質(zhì)闖入密封腔后，則會促使密封面出現(xiàn)裂紋泄漏；若渣油酸值過高，其對密封面與波紋管等造成一定程度的腐蝕；當(dāng)渣油內(nèi)部存有較多的泥沙顆粒時，若進(jìn)入到機(jī)械密封的密封面，則將會磨損密封面，發(fā)生介質(zhì)泄漏問題。

新型液膜潤滑非接觸式機(jī)械密封與接觸式機(jī)械密封相結(jié)合的雙端面密封結(jié)構(gòu)。左側(cè)為非接觸式機(jī)械密封端面結(jié)構(gòu)，主要采用外徑開槽的機(jī)構(gòu)形式，其工作原理為：將冷卻沖洗臘油經(jīng)由主壓蓋上的注入孔進(jìn)行注入操作，并且還需有效控制其壓力變化在0.3-0.5MPa范圍之內(nèi)；右側(cè)為接觸式機(jī)械密封，主要作用在于機(jī)械處于運(yùn)行狀態(tài)時，可阻止沖洗臘油泄漏，左側(cè)非接觸機(jī)械密封則將少量潔凈臘油在增壓處理后，注入密封箱內(nèi)。

在某石化公司裝置大修期間，對重油泵機(jī)械密封予以改造措施，并更換上新型的雙端面機(jī)械密封，隨后投入運(yùn)行。經(jīng)較長時間段的觀察發(fā)現(xiàn)，該新型機(jī)械密封運(yùn)行正常，并未發(fā)生輸送介質(zhì)泄漏狀況，這將充分說明新型雙端面機(jī)械密封將能延長高溫重油泵機(jī)械密封的使用壽命，并能避免出現(xiàn)機(jī)械密封高頻率泄漏問題；并且還能有效控制端面溫度處于適宜范圍，規(guī)避密封面被腐蝕的風(fēng)險；此外，輔助系統(tǒng)結(jié)構(gòu)較為簡潔，冷卻水的使用量得到有效降低，可促進(jìn)經(jīng)濟(jì)效益的提升。

3 雙端面機(jī)械密封及沖洗方案分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)定，雙端面機(jī)械密封的布置方式主要為兩種類型，其布置方式機(jī)械密封依據(jù)動靜環(huán)方位具體分為面對背、背靠背、面對面等方式。

3.1 第一種類型機(jī)械密封及沖洗方案

第一種類型機(jī)械密封組合形式多為串聯(lián)不帶壓類型，其包括不帶壓緩沖液雙接觸式濕密封2CW-CW；外側(cè)接觸式干運(yùn)轉(zhuǎn)密封與內(nèi)側(cè)接觸式式密封的不帶壓帶緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2CW-CS；以及與不帶壓帶緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2CW-CS小有不同的不帶壓緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2NC-CS，外部與帶壓帶緩沖氣串聯(lián)雙端面密封2CW-CS一致，而內(nèi)側(cè)則為非接觸式密封。

選取其中帶緩沖液的接觸式濕密封的沖洗方案。沖洗方案適用于不允許出現(xiàn)向大氣側(cè)泄漏的工況，其不帶壓的雙端面密封氣壓為P1＞P2。其所采用的沖洗系統(tǒng)為緩沖罐、機(jī)械密封及其連接管路等成分組成，在緩沖罐上還應(yīng)合理配置高低液位開關(guān)、壓力開關(guān)以及壓力表等，起著對沖洗系統(tǒng)運(yùn)行狀況監(jiān)測的作用。

在緩沖罐中裝置緩沖液（緩沖液壓力＜抽送介質(zhì)壓力），通過機(jī)械密封內(nèi)部的泵送環(huán)等設(shè)備確保循環(huán)工作的正常運(yùn)行；緩沖罐出口需和排氣裝置相通，促使緩沖液壓力趨向于大氣壓力，若出現(xiàn)內(nèi)側(cè)密封失效，則將導(dǎo)致介質(zhì)泄漏至緩沖液中。高低液位開關(guān)應(yīng)在達(dá)到設(shè)定值時及時報警并切換，以避免工藝流體混入或取代緩沖液體。

3.2 第二種類型機(jī)械密封及沖洗方案

第二種類型機(jī)械密封組合形式主要為帶壓型雙端面機(jī)械密封，其具體形式有帶隔離液雙端面串聯(lián)接觸式濕密封3CW-FB；背對背接觸式濕密封3CW-BB；面對面接觸式濕密封3CW-FF。

依據(jù)第二種類型布置方式機(jī)械密封所采用的沖洗方案為沖洗方案53，與沖洗方案52適用方向一致，用于不允許向大氣側(cè)泄漏的工況。在沖洗方案53中，可細(xì)分為53A、53B、53C等結(jié)構(gòu)，沖洗系統(tǒng)的組成部分主要有隔離罐、機(jī)械密封以及連接兩者的管路等，在隔離罐上裝置低液位開關(guān)、壓力開關(guān)以及壓力表等。通常情況下，隔離液的壓力應(yīng)大于抽送介質(zhì)的壓力，并在隔離罐中注入緩沖液，進(jìn)而借助重油泵予以循環(huán)驅(qū)動，隔離罐主要通過惰性氣體予以壓力增加.

在實際應(yīng)用過程中，泄漏問題并不能完全避免，這就需定時、合理地予以補(bǔ)液操作，因而沖洗方案53多適用于不怕隔離液被污染或者介質(zhì)混合的情況。其中沖洗方案53B可借助氣囊加壓器予以加壓操作、儲壓器進(jìn)行補(bǔ)液操作，以彌補(bǔ)方案53A的不足之處；方案53C可經(jīng)由活塞式蓄能器進(jìn)行隔離液加壓操作，并隨著系統(tǒng)波動狀況而發(fā)生壓力波動，多使用在介質(zhì)壓力存在較大波動的工況中。

4 結(jié)語

綜上所述，在石油化工行業(yè)中，較多裝置及設(shè)備均需進(jìn)行機(jī)械密封處理操作，借此防止工藝流體出現(xiàn)漏、跑、滴、冒等不良運(yùn)行現(xiàn)象，從而實現(xiàn)節(jié)約成本、降低環(huán)境污染、提高裝置及設(shè)備運(yùn)行效率等目的，促進(jìn)當(dāng)代石油化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。高效、合理的雙端面機(jī)械密封及沖洗方案不僅能促進(jìn)石油化工企業(yè)獲取較高的經(jīng)濟(jì)效益，還可為其樹立良好的企業(yè)形象，對我國石油化工行業(yè)環(huán)保與節(jié)能方向的發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。

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