淺析球罐區雙端面機械密封失效的原因及解決方法

張曦 辛芳（蘭州石化公司乙烯廠，甘肅 蘭州730060）

1 概況

1.1 球罐區離心泵簡介及使用機械密封結構

球罐區專門負責向高壓、聚丙、全密等主要生產裝置輸送物料，P301乙烯泵擔負向高壓及全密輸送乙烯，P302丙烯泵擔負向聚丙輸送丙烯，在日常的運行過程中，為確保生產的安、穩、長、滿、優，該泵運行周期較長，對廠主生產裝置的穩定生產起著巨大作用。乙烯、丙烯均為輕烴類介質，具有易燃、易爆的特性。根據公司制度管理中設備管理、密封及密封系統管理的規定，該泵屬于高危介質泵，密封必須使用雙端面機械密封。以下是使用雙端面機械密封的化工工藝流程泵分別是乙烯泵（P-301A/B/C），丙烯（P-302A/B/C/D）及裂解汽油泵（P-104A/B）。

因乙烯泵P-301A/B/C與丙烯泵P-302A/B所使用的機封尺寸、型號均相同，所以只對機械密封型號為0500/RRTP//SB3844進行分析、處理。

1.2 雙端面機械密封的工作原理

機械密封是由兩塊密封元件（靜環和動環）垂直于軸的光滑而平直的表面相互貼合，并做相對轉動而構成的密封裝置。它是靠彈性構件（如彈簧）和密封介質的壓力在旋轉的動環和靜環的接觸面（端面）上產生適當的壓緊力，使這兩個端面緊密貼合。端面間維持一層極薄的液體膜而達到密封的目的，這層液體膜具有流體動壓力與靜壓力。起著潤滑與密封的作用。是把轉軸的密封面從軸向改變為徑向，通過動環和靜環兩個端面的相互貼合，并作相對運動達到密封的裝置，又稱端面密封。

雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄露。一般雙端面密封都需要外供密封液系統，向密封腔內引入封液進行堵封、潤滑和冷卻，且多為循環冷卻使用。密封液不僅可以沖洗摩擦副改善機械密封工作環境，還可以作為一級密封面是否失效的重要檢測手段。

Plan13系統，介質的沖洗方向是介質從密封腔通過密封FO口管路回到泵的入口，壓力大小的關系就是密封腔壓力大于泵入口壓力，所以才會產生這樣的沖洗效果；由于泵內介質是丙烯，屬于輕烴類介質，比較容易氣化，由于現場采用的是立式輸送泵，密封腔所處的位置是在泵腔的最高處，而泵的出入口都在這個位置的下方，如果泵內有氣體，可能會堆積在密封腔處，如果大量的氣體在這個位置堆積，由于氣體的隔離作用就會導致密封干磨，從而導致密封失效，從而影響密封的使用壽命；采用Plan13 方案之后，通過Plan13 方案將該位置的氣體帶走，并且帶走密封產生的熱量，給內密封提供一個比較好的運行環境，從而提高密封使用壽命。

Plan52 系統，這是一個雙密封不加壓系統，泵內介質的壓力要比52系統內的緩沖液壓力高，內密封面的潤滑液膜采用的是泵內介質，可能會有少量的介質進入Plan52 緩沖液罐，在罐中氣化，然后通過罐頂部的火炬線進行倒空排放，采用這一方案的主要優點就是緩沖液不會進入泵內，不會污染介質。

1.3 故障統計

自投用以來，經常發生機械密封泄露問題，頻繁檢修，以P-301A/B/C及P-302A/B為例。現將2017年至今泵的檢修情況作了詳細的統計如下表：

表1 2017年至今P-301A/B/C檢修情況統計表

表2 2017年至今P-302A/B檢修情況統計表

從表1、表2 中可以看出，導致P-301 及P-302 頻繁檢修的原因，主要是因為大氣側密封隔離液泄露，大氣側補償環與非補償環磨損，占故障因素的80%以上。

2 機械密封失效的原因

2.1 密封隔離液循環管路不暢

通過測量密封隔離液儲罐進出口管線發現溫差較小，發現循環管線內有雜質，經過確認管線內的雜質是機封多次損壞的殘留物，因密封隔離液循環不暢導致機封大氣側密封內無密封隔離液，機封失效。

2.2 機械密封失效

(1)大氣側傳動套口壞磨損，密封失效，密封隔離液泄露；

(2)大氣側補償環、非補償環環面有明顯嚴重崩邊及皰疤、偏磨；

2.3 其他原因

自2017年4月18日檢修完畢投用后，丙烯泵P302A于4月26日再次發生泄露。在短短一周之內，該泵出現嚴重的機封失效情況。機械密封解體檢修發現，因大氣側傳動套固定銷石墨襯套破損，導致傳動套無法固定，大氣側補償環與非補償環磨損嚴重，機封損壞泄露。

3 失效原因解決方法

3.1 密封隔離液循環管路不暢

定期測量密封隔離液儲罐進出口管線溫差，若出入口管線溫差較小或者無溫差，則要斷開法蘭確認管線是否有堵塞。保證密封隔離液出入口管線通暢。定期更換密封隔離液，清洗機械密封循環管線，保證密封隔離液工作時循環通暢。保證Plan52正常使用。

3.2 大氣側補償環與非補償環磨損

0500/RRTP//SB3844 型密封采用的是約翰克蘭RRTP 型密封，該密封內外密封都是高壓密封，在結構上內外一完全一樣的，但是根據現場使用及檢修情況，發現該密封的失效現象以大氣側密封失效居多。大氣側補償環與非補償環經常因磨損導致環面崩邊、皰疤。補償環材質為石墨，非補償環材質為碳化硅。環面產生崩邊、皰疤就是因為補償環與非補償環環面間潤滑油膜不穩定，冷卻不暢、產生高溫，環面損壞，導致機封泄露。

4 效果對比

通過對機泵機械密封失效原因進行分析，提出相應的改進措施，并在實際檢維修中加以應用。P-301從2017年10月、P-302從2018年1月檢修至今運轉正常。

5 結語

通過對現場雙端面機械密封泄露產生原因的分析，并有針對性的進行機械密封的改進，提高了機械密封的檢修周期，保證了離心泵長周期運行，通過設備精細化管理，發現問題并制定相應的解決方案，打造一個安全、平穩的設備運行環境。并進行針對性的消除措施，同時提高機封的安全可靠性和使用壽命，降低了離心泵的檢維修次數及泄露發生率，延長了機泵額運行周期，為罐區的穩定生產打下了堅實的設備基礎。