乙烯裝置堿循環泵機封泄漏分析及改進

張海濤

（大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163000）

0 引言

乙烯裝置主要由原料預處理及裂解、急冷、壓縮、分離、制冷和公用工程等單元組成。通常裂解氣中含有硫化氫、二氧化碳和其他氣態硫化物等酸性氣體，這些酸性氣體一般來源為：①由裂解原料中帶入；②由裂解爐中殘存的氧氣與烴類反應生成；③由爐管中的焦炭與水蒸氣反應生成。這些酸性氣體會引起催化劑中毒，致使下游設備發生腐蝕，并在低溫下結冰，堵塞冷分餾系統。乙烯裝置脫除酸性氣體最常用的方法就是堿洗法。2014 年，為提高CO2處理能力，增加裝置的輕烴投料量，經流程改造，該裝置在原有堿洗塔ET-3312 的基礎上新增堿洗塔堿洗塔，將原有堿洗塔的洗滌水循環泵（EP-3315 泵）改變為新堿洗塔的堿循環泵（EP-3311 泵），介質由鍋爐給水變成濃度為2%的堿液。改造后流程如圖1 所示。

1 機械密封常見失效原因

（1）由于介質的腐蝕性引起的失效。在機械密封中，金屬與金屬、非金屬與非金屬元件之間存在著很小的縫隙，當介質處于停滯狀態時，縫隙內外介質濃度差會加劇金屬的腐蝕[1]。采用自沖洗方式進行循環沖洗，使密封腔內介質不斷流動更新可以有效防止該類腐蝕發生，另外，密封材料的選擇也是有效防止腐蝕失效的方式之一。

（2）由于磨損引起的失效。磨損失效是機械密封經常出現的一種失效形式，當機械密封摩擦副表面之間存在異物，如固體顆粒時，固體顆粒起到研磨劑的作用，會使密封面發生劇烈磨損，從而引起密封失效。另外，密封驅動件，如傳動銷、傳動螺釘等磨損、彎曲、損壞也會使機械密封失效。

（3）由于過熱損傷引起的失效。若在密封面處發生干摩擦、冷卻水中斷等情況，機械密封會發生熱裂現象，導致環面出現徑向裂紋，從而導致失效。

（4）由于橡膠密封圈老化、變形引起的失效。橡膠老化表現為橡膠變硬，強度和彈性變低，嚴重時還會出現開裂，致使密封性能喪失。

圖1 改造后流程

（5）安裝不正確，誤差過大引起的失效。在安裝過程中，若壓縮量過大、動環密封圈過緊，靜環密封圈過松，安裝過程夾帶雜質等都會嚴重影響機械密封的壽命。

2 問題分析

最初，該臺離心泵為大連蘇爾壽泵及壓縮機有限公司制造，沖洗方案為11+62，如圖2 和圖3 所示，輸送介質為鍋爐給水。經過2014 年改造變為新堿洗塔的堿循環泵后，其輸送介質變為濃度2%的堿液。但在運行一段時間后發現，在機械密封處有堿液泄漏，在更換新機封后對其觀察，發現在運行一段時間后仍有堿液泄漏，經分析是機封材料已不滿足目前所走介質的需求。

（1）沖洗方案11。從泵的出口通過限流孔板到密封的循環過程。沖洗液進入密封腔靠近機械密封端面處沖洗端面，然后穿過密封腔回流到泵。

（2）沖洗方案62。沖洗液從外部對密封端面的大氣側引入。沖洗液體可以是清潔水、氮氣、或低壓流體。該方案用于單端面密封以排出氧氣的存在，沖走動態密封元件附件的異物，防止發生焦化。

圖2 沖洗方案11

圖3 沖洗方案62

3 解決方案

經分析，因泵內介質的改變對原機械密封的性能有很大影響，故根據現在介質（濃度為2%的堿液），對該機封進行改造。

由改造前后的結構對比看，在機封的結構和沖洗方案方面并無明顯變化，主要改進的還是機械密封的材料方面，具體材料變化如下。

（1）動環材料由原來的浸銻石墨變更為浸樹脂石墨。

（2）靜環材料由原來的反應燒結SiC 變更為無壓燒結SiC。

（3）橡膠O 形圈的材料由原來的全氟醚變更為乙丙橡膠。

機械密封改造后材料對比見表1。

表1 機械密封改造后材料對比

4 結論

改造原有機械密封，更換動環、靜環及O 形橡膠圈的材料后，乙烯裝置堿循環泵現已能滿足介質由鍋爐給水變成濃度為2%的循環堿液的工況，長期運轉且不發生泄漏。

該裝置現場轉動設備較多，而機械密封的應用正是保證這些轉動設備可長期運轉無泄漏的關鍵之處。通過對機械密封失效的研究和分析，可以更好地了解各種形式機械密封的結構、沖洗方案以及注意事項，對今后對轉動設備的監測、維護和保養有著重要意義。