低溫甲醇泵機(jī)械密封的檢修與改進(jìn)

湯侃 中國石化集團(tuán)巴陵石化公司

低溫甲醇泵以其能源利用率高、技術(shù)成熟的特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外合成氨、合成甲醇的工藝設(shè)備中。低溫甲醇洗崗位為甲醇循環(huán)提供動(dòng)力的關(guān)鍵設(shè)備，其運(yùn)行穩(wěn)定是工藝系統(tǒng)正常作業(yè)的關(guān)鍵，且由于貧甲醇易燃易爆的特點(diǎn)，其一旦發(fā)生泄漏，將極大地影響生產(chǎn)安全[1]。低溫甲醇泵作為低溫甲醇洗工藝的重要設(shè)備，由于受工作環(huán)境和工作條件的影響，一直在低溫的工況。在某些低溫工況情況下，容易出現(xiàn)嚴(yán)重的機(jī)械密封泄漏問題，從而直接導(dǎo)致低溫甲醇泵運(yùn)行周期縮短、檢修頻繁，大大降低了運(yùn)行效率，妨礙了低溫甲醇洗單元的正常運(yùn)行。本文結(jié)合低溫甲醇泵的工作原理，通過多年實(shí)際工作的積累，全面探討引起機(jī)械密封泄漏的原因，并且提出了解決低溫甲醇泵機(jī)械密封泄漏問題的措施[2]。

一、低溫甲醇泵的泄漏問題

低溫甲醇泵的泄漏問題在運(yùn)行過程中，低溫甲醇泵機(jī)械密封泄漏的存在多個(gè)因素，主要對(duì)下面三個(gè)問題進(jìn)行探討[3]。

1.低溫甲醇泵機(jī)械密封泄漏。低溫甲醇泵為甲醇循環(huán)提供動(dòng)力，備用低溫泵基本始終處于冷態(tài)備用狀態(tài)。在冬季，廠區(qū)環(huán)境溫度較低，最低能達(dá)到零下30 多度。且備用低溫泵的機(jī)封蓋和泵軸始終與低溫甲醇接觸密切，在熱傳導(dǎo)的作用下，一般情況下，軸承箱表面溫度都在零下-20～-40℃，其表面嚴(yán)重結(jié)霜，軸封端密封液甲醇外漏嚴(yán)重。現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封泄漏后，一般都使用蒸汽進(jìn)行吹掃，雖然可以快速降溫，但是由于機(jī)封受冷熱交匯的影響，密封面容易發(fā)生變形，直接導(dǎo)致機(jī)械密封的端面比壓發(fā)生改變，于是直接影響到機(jī)械密封兩側(cè)的熱力平衡狀態(tài)，使其被破壞，端面溫升嚴(yán)重化、介質(zhì)氣化，最終使密封失去作用。

2.低溫甲醇泵密封腔內(nèi)存在雜質(zhì)顆粒。在運(yùn)行過程中，低溫甲醇泵對(duì)密封介質(zhì)的純凈度要求較高，因?yàn)樵诘蜏乇脵C(jī)密封腔內(nèi)，一些雜質(zhì)顆粒常常隨密封沖洗液“偷偷”進(jìn)入密封端面及密封圈內(nèi)，直接導(dǎo)致靜環(huán)磨損，降低密封圈內(nèi)密封效果。從某種程度上來講，密封效果的降低，直接導(dǎo)致了嚴(yán)重的密封泄漏現(xiàn)象。初開車時(shí)機(jī)封沖洗液采用甲醇，甲醇由裝置內(nèi)甲醇收集罐V05 提供，低溫泵運(yùn)行一月至兩月后都出現(xiàn)了密封罐的液位頻繁往上漲的情況。嚴(yán)重時(shí)每隔3 小時(shí)就要對(duì)密封罐液定排，拆下檢查后發(fā)現(xiàn)靜環(huán)與動(dòng)環(huán)之間的密封面造到磨損。

3.低溫甲醇泵機(jī)械密封靜密封點(diǎn)泄漏。在檢修過程中，通過多次對(duì)低溫泵機(jī)械密封的拆檢。發(fā)現(xiàn)運(yùn)行周期在兩至三個(gè)月后，動(dòng)環(huán)與軸套間、軸套與軸間密封O 形圈嚴(yán)重老化，有些甚至脫落。

使用情況：該泵機(jī)械密封經(jīng)常發(fā)生突然失效，現(xiàn)場(chǎng)甲醇從緩沖液罐頂排氣管冒出造成大量外漏。分析其產(chǎn)生的原因?yàn)椋航橘|(zhì)攜帶有顆粒狀雜質(zhì)，檢查發(fā)現(xiàn)聚四氟乙烯密封環(huán)（C 型環(huán)）密封面上有劃傷；檢修不便，在動(dòng)環(huán)位置調(diào)整變化時(shí)因C 型環(huán)跟隨性不好造成其難以安裝到位。因此存在著機(jī)封失效后甲醇外漏，現(xiàn)場(chǎng)有甲醇中毒及起火爆炸危險(xiǎn)。

二、改進(jìn)措施

1.改進(jìn)機(jī)械密封冷卻系統(tǒng)沖洗方案。針對(duì)一級(jí)主密封端面沖洗方案的設(shè)計(jì)缺陷，將沖洗方案改為 API610 Plan21+52+61 的沖洗方案，將原來出口自沖洗改為出口加換熱器的冷卻自沖洗。即在原泵出口密封沖洗管線上加裝換熱器，將高溫甲醇沖洗液進(jìn)行預(yù)冷卻，保證在該壓力下甲醇沖洗液處于液體狀態(tài)而非汽液狀態(tài)，從而使一級(jí)端面的沖洗介質(zhì)以甲醇液體的方式對(duì)密封副端面進(jìn)行沖洗和冷卻，保證沖洗液能夠及時(shí)帶走摩擦副端面產(chǎn)生的摩擦熱量，防止摩擦副動(dòng)靜環(huán)由于高溫而出現(xiàn)干摩擦損壞現(xiàn)象。

2.選擇合適的密封副材質(zhì)。針對(duì)該機(jī)械密封一級(jí)主摩擦副動(dòng)靜環(huán)選型情況進(jìn)行改進(jìn)，將原來的碳石墨環(huán)摩擦副配合改為一軟一硬的摩擦副配合。將靜環(huán)改為氣相滲透的SiC 陶瓷。SiC 陶瓷材料是到目前為止發(fā)現(xiàn)的最好的摩擦副材料，具備以下優(yōu)良性能：適合高PV 值的摩擦副組對(duì)，重量輕，是WC 的1/5；比強(qiáng)度高，摩擦系數(shù)小，硬度高于硬質(zhì)合金（HRA90～94），抗輻射性好，具有一定的自潤滑性，組對(duì)性好，化學(xué)穩(wěn)定性、耐熱性、熱傳導(dǎo)性都很優(yōu)異，它既具有碳石墨自潤滑的優(yōu)點(diǎn)，又具有WC 高硬度、抗沖擊以及導(dǎo)熱系數(shù)高的特性，最大限度的提高摩擦副的端面導(dǎo)熱能力及耐沖擊能力，從而防止動(dòng)靜環(huán)碎裂。

3.改進(jìn)密封沖洗液進(jìn)入密封腔的方式。將原一級(jí)主密封系統(tǒng)的多點(diǎn)徑向沖洗方式改為和多點(diǎn)切向沖洗方式對(duì)摩擦副端面進(jìn)行沖洗，由于將沖洗液進(jìn)入摩擦副端面方式改為切向進(jìn)入，沖洗液在切向摩擦副旋轉(zhuǎn)慣性力的帶動(dòng)下更容易進(jìn)入密封摩擦副端面，以最佳的冷卻方式對(duì)摩擦副端面進(jìn)行沖洗及降溫，防止摩擦副產(chǎn)生的熱量在端面內(nèi)部集聚，從而達(dá)到最佳的冷卻、降溫效果。

三、結(jié)語

經(jīng)對(duì)國外進(jìn)口機(jī)械密封損壞原因進(jìn)行了分析后，針對(duì)原設(shè)計(jì)缺陷進(jìn)行了逐項(xiàng)針對(duì)性的改進(jìn)。經(jīng)改進(jìn)后的機(jī)械密封現(xiàn)場(chǎng)安裝后在一年內(nèi)運(yùn)行十分穩(wěn)定，使用壽命由有了大幅提高，未出現(xiàn)過任何非正常的泄漏和損壞現(xiàn)象，能有效維持三年的良好運(yùn)行。