加氫裂化裝置減壓塔底高溫油泵機械密封的選用

趙騰飛

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海200540)

加氫裂化裝置減壓塔底高溫油泵機械密封的選用

趙騰飛

(中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部，上海200540)

自2011年以來，在中國石油化工集團公司范圍內發(fā)生多起因高溫油泵機械密封泄漏引起的火災事故，而正確合理地選擇機械密封會有效延長設備的運行時間，進而提高生產裝置的運行穩(wěn)定性。文章介紹了減壓塔底高溫油泵機械密封的選用方法，從機械密封的形式、布置方式、密封材質和沖洗方案等方面選出適合此臺機泵要求的機械密封，使其壽命達到美國石油協(xié)會(API)682要求。

高溫油泵 機械密封 選型

中國石化上海石油化工股份有限公司芳烴部(以下簡稱芳烴部)加氫裂化裝置運行近30年，工況已較原設計改變很多，減壓塔底高溫油泵機械密封泄漏較多、檢修頻繁，運行時間遠低于正常的25 000 h，不僅給生產帶來波動，泄漏的物料也極易引發(fā)火災事故。根據(jù)中石化煉[2011]616號文規(guī)定，單密封的高溫油泵已不符合要求，因此對此泵機械密封的改造刻不容緩。

1 機泵改造前運行概況

減壓塔底高溫油泵是加氫裂化裝置減壓塔底重沸爐進料泵，其位號為GA-122A，具有以下特點：介質溫度高，介質溫度超過200 ℃就認為是高溫泵，而減壓塔底高溫油泵進口溫度超過360 ℃；介質黏度大，塔底產生積淀顆粒，易進入泵體。泵具體性能參數(shù)見表1，泵的機械密封改造前故障情況見表2。

表1 泵的性能參數(shù)

表2 機械密封改造前故障情況 h

2 泵用機械密封的選擇

根據(jù)美國石油協(xié)會(API)682—2004標準，泵用機械密封選擇主要包含4個方面內容：密封型式、布置方式、密封材料和密封沖洗方案。

2.1 密封型式的選擇

API682—2004規(guī)定的3種密封型式為[1]：

—A型密封為平衡型、內裝式、集裝式、多彈簧、止推環(huán)式、補償裝置旋轉式密封，輔助密封件為彈性“O”型圈；

—B型密封為平衡型、內裝式、集裝式、無止推環(huán)式(而是采用波紋管結構)、補償裝置旋轉式密封，輔助密封件為彈性“O”型圈；

—C型密封為平衡型、內裝式、集裝式、無止推環(huán)式(而是金屬波紋管結構)、補償裝置為固定式，輔助密封件為柔性石墨。

3種密封型式均為平衡型、內裝式、集裝式，這是針對密封泄漏提出的高要求，因為從計算及實際使用經驗來看，這類型式密封泄漏量都要小。實際使用經驗見表3[2]。

表3 某密封廠家測試機械密封不同型式泄漏量數(shù)據(jù)

2.1.1 推環(huán)式與波紋管式的選擇

推環(huán)式機械密封有補償輔助密封圈，如有沉淀顆粒容易使其失去浮動能力。波紋管機械密封的浮動性由波紋管提供，在軸向和傾斜方向都有很好的浮動性，從而保證端面的可靠貼合，同時波紋管機械密封沒有補償輔助密封圈，因而可以降低補償機構的摩擦阻力，使密封可靠性也得到提高。本臺機泵介質溫度高、黏度大，易結焦，容易產生沉淀顆粒，如果選擇推環(huán)式機械密封容易堵塞使其喪失補償余量，因而選擇波紋管式機械密封，可選擇B型或C型。

2.1.2 補償裝置靜止與旋轉式的選擇

旋轉式機械密封徑向尺寸小、安裝方便，一般情況下可以采用，但補償機構旋轉時易產生質量不平衡，同時消耗攪拌功率，更易于振動，不適合高速轉動的情況。靜止式波紋管結構可以克服軸和密封端蓋傾斜的問題，波紋管可以浮動而改變其固定位置，以保證與旋轉端面的良好配合。而且A型和B型密封的使用溫度不大于176℃(350℉)，這樣就排除了B型機械密封。綜上所述，本套機械密封適合選擇C型。

2.2 密封布置方式的選擇

API682—2004標準同樣規(guī)定了3種密封布置方式[3]：

布置方式1，每套集裝式密封中有一對密封端面；

布置方式2，每套集裝式密封中有兩對密封端面，且兩對密封端面之間的壓力低于被密封介質的壓力；

布置方式3，每套集裝式密封中有兩對密封端面，且阻封流體由外部引入，其壓力高于被密封介質的壓力。

單端面密封是目前采用的，已不能滿足密封泄漏要求，因此選擇雙端面密封。布置方式2其實就是無壓雙重密封，布置方式3則有壓雙重密封。無壓雙重密封密封腔內的緩沖液不加壓，工藝介質對內側密封起到潤滑作用；有壓雙重機械密封密封腔內通入比介質壓力高0.05～0.15 MPa的隔離液，起封堵、潤滑等作用。本臺機泵介質是減壓塔底油,介質本身黏度大、有雜質,不適合起潤滑密封作用,因此應選擇有壓的雙端面密封，選擇布置方式3。

兩組密封端面的機械密封又可分為“面對面”、“背靠背”、“面對背”(串聯(lián))等型式，其中串聯(lián)機械密封可使密封腔壓力逐級降低，介質不外漏。因此選擇“面對背”式的串聯(lián)機械密封較為合適。

2.3 密封材料的選擇

正確選擇密封材料對提高密封可靠性，延長使用壽命和降低成本起著重要的作用。

2.3.1 摩擦副組對材料的選擇

根據(jù)API682—2004標準6.1.6.2.4規(guī)定:介質含有顆粒、高黏度和高壓工況下的密封可能需要硬對硬的密封面材料。除非另有指定，主密封環(huán)和副密封環(huán)材料都應是碳化硅。

2.3.2 輔助密封圈材料的選擇

根據(jù)選擇的C型密封，及API682標準附錄B.5(見表4)靜環(huán)及動環(huán)密封圈均采用柔性石墨。

表4 輔助密封材料典型溫度導則 ℃

2.3.3 彈性原件材料的選擇

根據(jù)API682—2004標準6.1.6.6的規(guī)定， C型密封的金屬波紋管材料應使用合金718，因科鎳爾718耐高溫，耐腐蝕而且彈性好是機械密封中金屬波紋管最常用的材料。同時介質溫度為360 ℃，因此也不能選擇適用范圍低于315 ℃的AM-350。

2.3.4 結構件材料的選擇

選擇結構件材料時應主要考慮強度及耐蝕性。一般情況下選擇1Cr13、2Cr13、0Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti等，考慮到介質不具腐蝕性，選擇了0Cr18Ni9作為泵送環(huán)、傳動環(huán)、螺釘?shù)鹊牟馁|。

2.4 沖洗方案的確定

冷卻沖洗是機械密封系統(tǒng)的主要功能之一，可以達到隔離介質、冷卻和改善潤滑的目的，以保證機械密封正常運轉[4]。當介質溫度大于80 ℃時，機械密封就應采取冷卻措施。

根據(jù)沖洗液的來源，沖洗可分為自沖洗和外沖洗兩大類。按照前面所選擇的B型、布置方式3串聯(lián)機械密封，本套機械密封應有兩套沖洗方案，而本臺泵介質不適合作為沖洗液使用，因此兩套沖洗方案都選用外沖洗。

根據(jù)API682—2004標準附錄A 第7表，推薦的密封布置方式選擇過程(非烴類物質)，截取部分見圖1。

圖1 推薦的密封布置方式選擇過程(部分)

本臺機泵為臥式高溫油泵，密封腔需要沖洗、冷卻，因此選用液體阻封；輸送流體具有磨蝕性顆粒，要選擇沖洗方案32；通過前面選擇加壓雙端面密封選擇53A，因此密封沖洗方案選擇Plan32+53A。

3 結語

通過密封型式等4個方面選出的機械密封適合目前的機泵工況，機械密封已使用18 000 h未發(fā)生密封損壞、泄漏量超標現(xiàn)象，證明本次改造選型也是成功的。根據(jù)本次選型經驗，建議對200 ℃以上的高溫油泵機械密封選型重點考慮以下幾方面：選擇可靠的雙密封型式；選擇可靠的摩擦副、彈性件及結構件材料；根據(jù)泵型選用適合的雙沖洗方案。

[1] 郝木明.機械密封技術及應用[M].北京：中國石化出版社，2010：171.

[2] 楊愉, 黃澤沛.泵用機械密封的選型要求[J].流體機械, 1997,25(2): 36-40.

[3] 陳偉.機泵選用[M].北京：化學工業(yè)出版社,2009:28-29.

[4] 郝木明.機械密封技術及應用[M].北京：中國石化出版社,2010:140.

SK高等有限公司完成韓國PDH裝置建設

高等石化公司與韓國SK燃氣公司組建的合資企業(yè)SK高等有限公司位于韓國蔚山的一套丙烷脫氫(PDH)裝置提前一個月完成機械工程建設，該裝置的丙烯產能為600 kt/a，采用Lummus的“Catofin”脫氫工藝技術，預定2016年第一季度試運行，同年正式進行工業(yè)化生產。

(中國石化有機原料科技情報中心站供稿)

Selection of the Mechanical Seal for Heat Pump at Bottom of Hydrocracking Unit Vacuum Tower

Zhao Tengfei

(AromaticsDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd.,Shanghai200540)

Since 2011, several fire accidents occurred within China Petrochemical Corporation caused by leakage of mechanical seal of heat pump. Proper and rational selection of mechanical seal could effectively extend the service time of equipment, and thereby increase the operational stability of the production plant. The selection methodsfor mechanical seal of vacuum towerheat pump were introduced in terms of form,layout, sealing material and flushing programs so as to select the mechanical seal fitting the pump best, and thereby make its service life meeting the requirements of the American Petroleum Institute (API) 682.

heat pump, mechanical seal, selection

2015-08-24。

趙騰飛，男，1986年出生，2009年畢業(yè)于北京石油化工學院自動化專業(yè)，工程師，主要從事轉動設備管理工作。

1674-1099 (2015)06-0034-03

TE974

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