200萬噸/年蠟油加氫裂化裝置進料泵密封改型

高仁鵬，李海林，朱狄，納賽爾·熱依木，吳長春

(1.中國石油獨山子石化公司煉油廠加氫聯合車間；2.中國石油獨山子石化公司煉油廠經營管理處；3.中國石油獨山子石化公司煉油廠機動處，新疆 獨山子 833699)

200萬噸/年蠟油加氫裂化裝置以減壓蠟油、焦化蠟油為原料，采用UOP公司的單段一次通過工藝流程，最大限度生產尾油（乙烯料）、航煤、柴油，同時副產輕烴氣體、液化氣、石腦油。操作彈性50%～110%，年開工時數8400小時。原料油泵采用垂直剖分筒型多級離心泵8WCC15-10，主泵由防爆電機和液力透平聯合驅動，備泵由電機單獨驅動；電機容量為2300kW，液力透平可回收功率約650kW，泵組國外引進。兩臺機泵一開一備，正常生產時主泵運行。

1 加氫裂化裝置進料泵密封結構

200萬噸/年蠟油加氫裂化裝置進料泵P101所輸送的介質為原料蠟油（焦化蠟油20%+減壓蠟油80%），溫度為140℃，出口壓力為16．5 MPa，介質密度889kg/m3進料泵前采用原料油過濾器對原料油進行反洗過濾過濾精度為20um,反應進料泵8WCC15-10密封為進口密封，結構為單端面多彈簧集裝式機械密封，如圖1。密封結構采用PLAN23的沖洗方案，PLAN23沖洗方案是密封腔中的介質通過泵效環從密封腔中流出，經過油冷器再返回到密封中，形成自封閉循環,形成封閉的冷卻回路，如圖2。

圖1 機械密封

圖2 PLAN23的沖洗方案

2 加氫裂化裝置進料泵密封失效原因分析

油冷器設計密封油溫度進/出：149℃/70℃；循環油量：5 Ltr/min；循環水量：7 Ltr/min。實際監測油冷器密封油溫度進/出105/90℃；循環水溫度進/出30/31℃。由此可看出該PLAN23的沖洗方案根本沒有起到任何作用。通過幾次檢修期間對進料泵密封的拆檢，發現有以下幾點問題重復出現，且現象基本一致，具體如下。

（1）密封壓蓋及軸套O型圈完好、無老化現象。且未發現從壓蓋或軸套內側泄漏痕跡。

（2）密封動靜環與軸套之間間隙處以及動靜環密封墊片處有大量深黑色焦狀物，但觀察密封面并沒有明顯的磨損痕跡，由于進料泵入口有原料油過濾器，其過濾精度為20μm，工作運行狀態一直良好，排除了進入異物的可能。由于介質溫度只有140℃，該溫度下不會結焦，從圖3～7中可以看出初步判斷是由于自沖洗冷卻效果不好，導致密封動靜環磨擦副熱量累積造成結焦。

圖3 動環墊片表面有明顯結焦物堆積

圖4 動環密封墊片內側有結焦物

圖5 動環表面有明顯結焦物

圖6 動靜環結合處有明顯碳化發黑現象

圖7 靜環內側有結焦物堆積

通過以上情況分析，初步判斷此密封失效的原因可能主要是以下兩個原因造成：

（1）動靜環密封墊片（摻25%玻璃纖維的聚四氟乙烯）密封效果差，易在波動情況下造成密封墊片泄漏，長時間微量泄漏后，由于熱量無法帶走造成結焦導致泄漏。

（2）由于密封磨擦副間產生熱量過多，自沖洗冷卻效果不好，造成動靜環端面因熱量累積，介質結焦導致泄漏。其中，動、靜環密封圈采用的是橡膠O型圈（在內）和摻25%玻璃纖維的聚四氟乙烯墊片（在外）組合使用。聚四氟乙烯墊片與動靜環端面靠均布的多彈簧推力（壓縮量）來達到密封效果，密封結構示意如圖8。

圖8 密封結構示意圖

圖中標注處即為動、靜環密封墊片及O型圈（1為橡膠O型圈，2為聚四氟乙烯墊片）。由于幾次密封泄漏后拆解檢查均在動、靜環密封墊片處發現大量介質結焦碳化堆積現象，尤其以靜環處為嚴重，可以初步得出結論，介質可能從動靜環與密封墊片間泄漏。根據動靜環端面介質結焦碳化堆積情況，由于該密封密封介質溫度只有140℃，沖洗介質冷卻后的沖洗溫度在90～100℃之間，該溫度下不會產生結焦，因此初步判斷是自沖洗冷卻效果不好，導致密封動靜環磨擦副熱量累積造成結焦。造成此原因可能由于泵效環的循環能力較弱、沖洗量較小。

3 加氫裂化裝置進料泵密封及沖洗方案改型

為更好的解決密封摩擦副表面結焦的情況，與國內密封廠家研討決定變更進料泵機械密封及沖洗方案。密封廠家設計該泵密封采用波紋管集裝式機械密封（如圖9），該密封密封特點：靜止式克服設備軸不對中，耐高溫，波紋管輔助密封保證絕對無泄漏，波紋管在大軸徑下追隨性更加可靠。動環密封端面采用國產無壓燒結碳化硅，靜環密封端面采用優質耐高溫進口抗起泡石墨，輔助密封圈采用進口柔性石墨，彈性元件采用進口Inconel718，軸套/壓蓋采用國產316不銹鋼，從密封材質上有了進一步升級。沖洗方案由目前的PLAN23變更為PLAN32（如圖10），進料泵PLAN32系統用沖洗油由200萬裝置沖洗油壓力控制閥前放空線引出，該沖洗油介質為輕柴油、重柴油或航煤（根據裝置生產方案而定），沖洗油壓力為0．8MPa，溫度為25～50℃。更換密封沖洗方案，密封與泵的連接尺寸不必做任何改動，只需要稍微調整密封局部結構，把原先的PLAN 23方案的密封循環油出口堵死，泵效環結構改造為節流環結構即可，改造比較方便。

從外部引入干凈的適宜流體注入密封腔，優點能夠提供優質沖洗液，提高密封壽命。本裝置的沖洗油為重柴油，作為加氫裂化工藝的產品油，其抗爆性能好，穩定性強，是優質的沖洗液，而且柴油流動性好，不會結焦，能夠解決密封長期結焦的詬病；泵輸送介質流量為220t/h，沖洗油進泵的流量為15L/min，工藝介質被稀釋、影響介質組分的情況可以忽略，對泵的操作負荷影響也不大，因此，PLAN 32沖洗方案能滿足工藝操作要求。

圖9 機械密封

圖10 API682 標準PLAN32沖洗方案圖

4 加氫裂化裝置進料泵密封檢修情況分析

表1 2009年開工至今進料泵密封檢修頻率

表2 進料泵改造前密封配件的消耗情況

從表1可以看出，進料泵P-101A/B從開工至今因密封故障檢修共12次。密封失效特點如下：故障前累計運行時間超過1年的1次，6個月至1年的2次，3個月至6個月的有2次，少于3個月的7次。關鍵機組的頻繁切換，不但對機組本身產生了損失，也降低了機組的使用壽命。同時無論是檢修人員還是車間技術人員都面臨著壓力。

5 加氫裂化裝置進料泵密封改造前后經濟性對比（表2）

該進口密封價格約為12萬元/套，配件包約為8萬元/套。開工至今5年共更換配件價格為密封消耗數量×密封單價+配件包消耗數量×配件包單價，13×12+6×8=204萬元。改造后使用國產密封，價格為5萬元/套，預計壽命12個月，全年檢修費用5萬元，預計5年內配件消耗25萬元，不但大幅度降低了車間的檢修費用，而且也減少了維護單位和車間技術人員的工作量。

6 結語

機泵的平穩運行是一個裝置能安全、平穩、長周期運行的一個前提，加氫裂化裝置反應進料泵的運行更是關鍵中的關鍵。反應進料泵是為整個生產提供原料，一旦進料泵出現問題，不但面臨裝置損壞，更會嚴重威脅到設備和人員的安全，這就要求我們基層車間的管理人員和操作人員，在日常的巡檢當中要更加細心的檢查進料泵的運行情況，各個參數出現異常變化要及時分析原因，并在最短的時間將問題消滅在萌芽狀態,這樣才可以保證裝置安全、平穩、長周期運行。

[1]楊國安．機械設備故障診斷實用技術[M]．中國石化出版社，2010．

[2]顧永泉．機械密封實用技術[M]．北京：機械工業出版社，2011,6-8,356-360．