丙烯回流泵機械密封故障原因分析

周 殿 瑩

丙烯回流泵機械密封故障原因分析

周 殿 瑩

（中國石油撫順石化設備檢測監理研究中心，遼寧 撫順 113001）

機械密封故障大部分因安裝、使用不當造成的，對設計缺陷的分析通常被忽視，通過對丙烯回流泵機械密封的故障分析，提出對設計缺陷的分析方法，改進措施等。

機械密封； 故障； 分析

1 設備概況

1.1 丙烯回流泵簡介

丙烯塔回流泵是美國 ITT生產，制造標準為API610——2004。泵的型號為14×16-30B，泵的型式為BB2，額定功率為555.92 kW，電機功率630 kW，轉速1 500 r/min，吸入壓力1.83 MPa，出口壓力2.65 MPa，介質汽化壓力是1.792 MPa，介質正常溫度為41 ℃， NPSHa6.47M，NPSHr5.53M，正常流量1678.2 m3/h，工作介質為丙烯，共兩臺泵，一開一備。

1.2 機械密封簡介

密封為博格曼美國休斯頓生產的集裝式機械密封[1]（見圖1）。

該泵主密封的形式為 2CW－CW，為多彈簧平衡型機械密封，動靜環為碳化硅燒結，表面硬化處理，沖洗方案PLAN 11；輔助密封平衡型機械密封，密封液為10#白油，密封沖洗方案為PLAN 52+62，密封標準符合API682—2004。

2 密封的故障現象及檢查

2.1 故障現象

丙烯的相對密度是0.473，考慮介質特性及現場形式在際、用甲醇試車的現場操作難度大的實際情況，丙烯回流泵的試泵方案確定用實物料進行試車，因此在裝置設備試車期間，介質為乙烯、丙烯等輕烴泵都沒有試車。

2012年10月3日，在A泵首次試運檢查時，發現在泵入口閥打開后，非驅動端機封壓力報警，驅動端機封封液灌白油泄漏，然后就停機更換機封。更換機封后，再加封液灌白油時，發現驅動端機封白油泄漏，然后再次更換驅動端機封。

2012年10月10日，泵廠家在現場指導試運行，發現前后端機封泄漏嚴重，決定更換前后端機封，拆換機封時發現，機封動靜環及內套損傷嚴重。在泵廠家指導下更換一套機封，試運轉時，連續運轉十個小時機封運行良好，但因為軸承箱內潤滑油變質，切換到S泵。

2012年10月25日，由S泵切換到A泵時，在運轉約5 min時，發現前后端機封泄漏，然后更換前后端機封。切換回S泵時，發現S泵非驅動端封液灌白油減少，添加白油時，發現機封泄漏嚴重，更換S泵非驅動端機封。

從2012年10月份到2013年10月份，丙烯回流泵的A泵運行時間只有一次運行到10 h，其余的10次修理試運時間，基本上在幾分鐘內密封泄漏，密封罐壓力報警，密封罐看不到液位。

2.2 對設備的檢查

對泵的振動檢查，振值為 0.47 mm/s，滿足ISO10816/GBT6075標準。

在現場對損壞的密封進行檢查，密封端面的外緣損壞嚴重（見圖2）。

從損壞的情況看，設備的對中存在較大的偏差，我們又檢查了口環、軸承箱油封，發現兩側呈180°對角偏磨。這種現象證明了不對中偏差較大[2]，表1是對設備的機械密封腔內圓、泵體端面跳動的檢查的結果。

依據數據及方向判斷，從驅動端向非驅動端看轉子整體偏右下方，并且轉子呈驅動端高非驅動端低的傾斜趨勢，轉子與機殼不完全垂直。由于現場不具備進一步修理的條件，2013年9月，把泵送到上海ITT公司修理，重新進行對中。

對照API610第10版，廠家的安裝標準略低，對設備的性能沒有影響[5]。

2.3 機械密封的檢查

由于現場沒有專用的密封試壓工具，只是利用PLAN52沖洗孔，對機械密封進行簡單的試壓檢查，沒有發現泄漏（圖3）。

2013年9月把損壞的密封送到上海博格曼工廠進行檢查，利用PLAN52的沖洗孔進行水壓試漏，沒有發現泄漏。由于這樣試驗不規范，決定加工試壓工具后再檢查。用專用工具試壓時，不到0.2 MPa就發生泄漏，隨即對密封進行解體檢查，發現主密封沖洗口有過熱現象、靜環座（圖1中序號6.1）的壓痕不均勻、密封端面磨痕偏磨的現象。

3 機械密封故障原因分析

3.1 對操作的分析

丙烯回流泵的A泵沒有正常運行過，而S泵的運行一直處在帶病運行狀態，密封罐的壓力經常報警，現場處理一下，還可以運行。一開始，對密封故障分析主要放在操作上，首先是對制作參數的確認。如塔的液位、操作壓力、塔釜的組成等，經確認與設計相符。在試車期間，塔的操作壓力低于正常運行時的操作壓力，經與廠家、設計院反復核實，對泵的操作沒有影響。得出結論，工藝操作對密封運行沒有影響。

3.2 設計圖紙的分析

查看密封最終圖紙，發現三個問題，一是密封罐的管道應是下進上出（在廠家的中間文件是下進上出），但現場是上進下出，這與API682標準不符[3]；二是PLAN11沖洗孔板的孔徑為Φ3 mm，根據喉部襯套間隙核算，沖洗量可能不足，但廠家沒有給出需要的沖洗量，現場把孔板直徑擴大到Φ5 mm,密封的運行狀態沒有得到改善；三是按設計要求，密封面應是DLC涂層（表面硬化處理），但供貨密封沒有涂層。

3.3 對機械密封的分析

機械密封解體后，問題比較明顯：

（1）主密封的靜環偏磨，說明密封摩擦副的表面不平行，要么是泵對中不好造成的，要么是密封制造質量不好造成的，通過分析比對，認為這套密封的偏磨是因為靜環座變形和泵不對中的共同作用下造成的。

（2）沖洗口有過熱現象，說明原設計的沖洗量不足，丙烯經沖洗孔板節流后，減壓氣化，造成密封端面干磨[4]。沖洗的目的是把密封端面產生的摩擦熱、旋轉部件產生的攪拌熱帶走，同時沖洗密封面上附著的雜質、結晶物、聚合物等，保證密封的工作條件是在最佳狀態[6]。由于沖洗的丙烯介質在密封腔中氣化，導致了密封腔的溫度上升、沖洗流量下降，使密封的工作條件進一步惡化。

（3）靜環座的壓痕不均勻，經確認是由于該元件變形導致的，這是密封損壞的主要原因。這說明該元件設計的強度不夠，在泵引入介質時，該元件發生彈性變形，引起密封失效，不能滿足工藝需要。

（4）PLAN52的密封罐的進出方向問題，通過分析，認為它只對密封的運行壽命有影響，但不是造成密封損壞的原因。

（5）密封表面沒有DLC涂層，只是對密封的使用壽命有影響，不會對其使用產生破壞。即使沒有涂層，在正常情況下運行半年應該沒有問題，因些它不是密封損壞的原因。

4 結 論

通過以上分析，丙烯回流泵機械密封泄漏的主要原因是靜環座的強度不夠，造成受力變形，密封端面不能正常工作，導致物料進入泵體后發生泄漏；又由于泵對中偏差較大，與靜環座變形疊加，使密封端面的外緣呈點接觸，在啟動泵時瞬間產生高溫，導致密封面外緣損壞[2,4]。

通過這臺泵的密封故障分析，認為泵的不對中，沖洗管路、表面涂層的問題，對這臺泵而言，只能影響到密封的使用壽命，但不至于導致泵在進物料時發生泄漏、在泵啟動時密封損壞。原密封的結構，在組裝上比較方便，同時也降低了成本，但在強度上沒有認真核算，出現了失誤。

針對這些問題，對原密封進行改造，一是把PLAN11改為 PLAN23，增加靜環座的強度，按API682的要求調整密封罐的進出口方向。二是增加節流環，提高密封腔的壓力，目的保證密封沖洗進入密封腔不氣化。

2013年10月份，丙烯回流泵使用新密封至今，運行平穩，沒有出現任何問題。

［1］丙烯回流泵說明書[R].

［2］肖開學.實用設備潤滑與密封技術問答[M].北京: 機械工業出版社, 2001-01:169.

［3］API682 用于離心泵和回轉泵的泵－軸封系統 附錄D[R].

［4］[美]海因茨.P.布洛克 F.K.蓋特納.實用化工廠機器管理（第二卷）[M].北京:化學工業出版社, 107.

［5］API610—2004石油、重化學和天然氣工業用離心泵 25、附錄K[R].沈陽水泵研究所、全國泵標準化委員會 ,翻譯.

［6］胡國楨,石流,閻家賓.化工密封技術[M].北京:化學工業出版社, 396.

Cause Analysis of Mechanical Seal Failure of Propylene Reflux Pump

ZHOU Dian-ying
（PetroChina Fushun Petrochemical Equipment Research Center, Liaoning Fushun113008，China）

Most of mechanical seal failures are caused by improper use or installation, the analysis of design defects is often neglected. In this paper, through analysis of propylene reflux pump mechanical seal failure, an analysis method and improvement measures of design defects were put forward.

Mechanical seal；Failure；Analysis

TQ 051

： A

： 1671-0460（2015）05-1160-03

2015-03-12

周殿瑩（1966-），男，遼寧撫順人，助理工程師，1990年畢業于遼寧省石油化工學校化工機械專業，研究方向：從事設備管理工作。E-mail：fec-zhoudy@petrochina.com.cn。