乙烯裝置低溫泵運行故障與應對措施分析

王昕哲

（中國石油廣東石化公司化工生產一部，廣東 揭陽 515200）

以前脫丙烷前加氫工藝為例，乙烯裝置低溫泵主要集中在精餾工序，其包含乙烯吸收塔回流泵、脫乙烷塔回流泵、循環乙烷泵、乙烯產品泵等低溫介質泵，其介質主要包括甲烷、乙烷、乙烯等低溫介質。原始開工初期，大部分低溫泵的介質都與設計條件存在一定偏差，組分不同、溫度不同、壓力不同等，不良的工況帶來欠佳的機械狀態，這對軸承、機械密封等機械部件的壽命帶來了極大的負面影響，所以本文分析了乙烯裝置低溫泵機械密封情況，發現設計缺陷問題存在，以技術改造形式，將機械密封形式改造為串聯式干氣密封，對改造以后的干氣密封運行控制方式優化，優化監測和維護情況，可最大程度縮減低溫泵檢修次數，降低泄漏問題發生率。

1 乙烯裝置低溫泵運行常見故障

1.1 機械密封結構問題

原本機械密封結構構成中，主要密封方式為正沖洗方式，在物料出口端位置，引入物料后，對原本的主機械密封開展沖洗，沖洗液在濺入壓力值較低的泵葉輪以后，會將熱量攜帶走，混合物料溫度較低的情況下極易發生汽化問題，若是外漏，將發生安全問題，這就需要合理措施處理，以雙端面機械密封方法干預，少量的介質由端面泄漏，其溫度較低，會流入至二級密封液內部，依靠熱虹吸的作用，二級密封循環液，以此帶走熱量及密封摩擦內部的介質，并密封于密封液罐之中，少量泄漏出的低溫介質在被密封液甲醇帶出以后，由密封液罐頂排放系統內加裝的限流孔板釋放火炬，以此降低低溫介質泄漏風險。二級密封環可以利用波紋管機械開展密封處理，燃燒的石墨材料為端面材料，碳化硅為組成機械密封的端面材料，氟橡膠為制作密封圈的主要材料，但是，該設備應用中也存在缺陷，比如頻繁泄漏，檢修概率較高，密封液甲醇極易損傷視神經，密封液的泄漏還會造成環境污染等等。

1.2 軸承故障

軸承故障發生最主要的因素就是油封工作異常，乙烯裝置低溫泵除甲烷泵常選用屏蔽泵外，其余介質常以立式桶袋泵為主，聚四氟乙烯填充墨材料為機械軸承油封所應用的主要材料，其應用中，優勢顯著，但是隨著溫度的變化，線收縮系數及線膨脹系數會隨之提升，與鋼對比，其提升高達7 倍以上，比如，在35mm 的軸上，配置的油封在室內檢修的狀況下，在15℃情況中，室外條件為-30℃時，尺寸的改變約為0.12mm。在北方極寒的氣溫下，若是一臺乙烯裝置低溫泵油封處于-30℃條件下應用，2h 以后，其運行溫度可高達40℃，油封溫度會隨著溫度的改變而變化至70℃，其尺寸變化約為0.2mm。依據檢修內容，油封的間隙大小應為0.1 ～0.2mm，乙烯裝置低溫泵在應用的過程中，需要與軸之間間隔0.1 ～0.2mm 的間隙，此時，油封會在-28 ～-30℃的情況下，與軸接觸，間隙消失，甚至在軸上抱緊。在這種條件下啟動機泵，油封環將會磨損，乙烯裝置低溫泵在運行過程中遇到正常溫度，油泵之間的間隙又會形成，但是由于受到磨損的影響，間隙會增大，其會導致油封漏潤滑油問題的發生。此時，油杯補油順暢程度受到不利影響，誘發設備故障問題的形成，更嚴重的情況下，將導致機泵處于備用狀態，軸與油封形成抱死現象，背面發揮密封作用和固定作用的o 型圈松緊程度下降，一旦乙烯裝置低溫泵啟動以后，將導致油封環旋轉異常，回油孔無法保持在正下方位置，影響潤滑油正常回流。此外，若是本應該禁止油封環和軸一起轉動，將導致O 型環損傷，導致油封效率喪失。

1.3 靜密封點泄漏

低溫狀態下工作，非金屬密封性材料的特征顯著，由于其組成材料主要以非金屬密封元件為主，以此發揮靜置密封效用，其中包括聚四氟乙烯、乙丙橡膠、硅橡膠、氟橡膠和丁腈橡膠等。由于缺少對橡膠材料的認知，導致橡膠材料應用過程中極易混合應用幾種橡膠圈，比如，氯丁橡膠、26-丁腈橡膠、40-丁腈橡膠及氟橡膠之間區分困難，其與橡膠圈顏色均為黑色，應用肉眼分辨材料類型十分關鍵具體材料類型，在低溫工況下，應用高丙烯腈o 型圈或者氟橡膠O 型圈極易導致機械密封靜密封點泄漏風險。除此以外，若是在含芳烴物料的狀況下工作，應用丁腈橡膠，氟橡膠或者氯丁橡膠，其極易發生橡膠圈溶脹問題，對機械的密封周期產生負面影響，加劇泄漏問題發生概率，所以，不僅需要分辨o 型圈的材料，還需要分析工作過程中介質溫度對其影響，充分考慮環境及工況溫度，在最嚴苛情況下所選擇正確的o 型圈的材料，以此對機械密封泄漏問題進行解決，降低機械密封靜密封點泄漏風險。

1.4 動密封點泄漏

乙烯裝置低溫泵在裝置首次開工或檢修后開工過程中，實際工況與設計工況多數存在偏離，設計審查及中間反資的不嚴謹很可能造成設計對機泵開工異常工況的考慮，壓力、溫度、組分等工況的偏離極易造成乙烯裝置低溫泵在首次啟動過程中形成汽蝕狀態，除了對葉輪的沖刷，強烈的振動給機械密封的壽命也帶來了極大的威脅。振動使得彈簧或波紋管的補償不均衡，動靜密封環瞬時分離的情況，極易導致密封罐帶壓，若一級密封造成嚴重泄漏，快速泄漏的介質將把密封罐內的密封隔離液全部帶著火炬排放系統，瞬間清空密封液罐，若不能及時發現，二級密封將在沒有冷卻液的情況下高速運轉直至造成外部泄漏。

1.5 機泵故障

在冬季低溫環境下，溫度低于-20℃時，由于備用機軸承箱內潤滑油冷凍凝結，所以具有較大黏度，此時盤車時會出偏重及手感卡塞等問題。此外，冬季備用時，冰霜會對機械形成密封包裹，對軸套轉動后，對靜置部件機械轉動停止以后，冰凍會形成機械密封壓蓋的共同體，所以動機開封前必須開展乙烯冷泵的盤車干預，啟動時若是不盤車，極易導致啟動中按鈕扭矩擴大。導致聯軸節部件損傷，影響機械密封性，甚至燒毀電機。

2 乙烯裝置低溫泵串聯式機械密封改造

2.1 乙烯裝置低溫泵密封改造

詳細化地分析乙烯裝置低溫泵的性能參數及密封結構，在不對原本設備結構變化的情況下，不對原本尺寸改變，以串聯式干氣密封方式干預，組成主要涵蓋兩種，分別為接觸式機械密封和干氣密封，平衡性機械密封為第一級應用方法密封介質主要為自身介質，第二級以干氣密封方法干預，密封介質選擇干凈氮氣，氮氣的壓力值維持在0.5 ～0.6MPa，狀態正常的狀況下，機械密封效用顯著，干氣密封輔助，由于干氣密封端面中，設置了動壓槽，這一設計僅可單向旋轉，所以，這一密封的旋轉形式僅為單向旋轉。

2.2 干氣密封效用

應用干氣密封形式，可提升主密封背壓，其可縮減密封面的磨損程度，降低端面氣化概率，有利于延長主密封的應用壽命，該方式為備用密封方法，若是主密封效用不足，干氣密封的應用，可降低安全事故發生率，應用安全，且環保。

2.3 干氣密封改造優勢

在不對原設備大小和機構進行變化的情況下，以串聯式干氣密封構造開展干預，氣泵實際運行時，這一密封方式可極大程度縮減離心泵的振動頻率，提升密封應用壽命周期，可以減少甲醇密封液系統的應用環節，縮減設備運行過程中的功率消耗量，相對傳統雙端面機械密封來說，功率消耗率僅為其5%。干氣密封結構簡單，作為輔助系統，其不僅可以確保工業介質不受污染，也可以降低其泄漏的風險系數，改良優化了傳統的雙端面機械密封中過于依賴甲醇密封開展密封的問題。

2.4 干氣密封控制系統

干氣密封控制系統主要由兩部分組成，泄漏檢測和密封氣過濾，此套控制系統可以充分確保干氣密封運行中的穩定性和安全性。在密封氣過濾單元中，外部氮氣經由G1 位置進入控制系統中，通過V1（截止閥）對管網氮氣發揮控制作用，使其進入系統中，借助F1（過濾器）精準度為1μm，在經過V2（減壓閥），其壓力值降低至0.5 ～0.6MPa，可保障干氣密封裝置中密封氣穩定，進而經過V3（單向閥），降低主密封失效風險，介質會向氮氣網管內部反串，并再次經過G2，進入到主密封及干氣密封的密封腔，進入后以此構成一個干氣密封腔，具有一定帶壓其可以提供充足的背壓來為主密封進行服務，可提升主密封的應用周期。在單元中，一旦出現介質泄漏情況，可通過G3 泄漏，并經過微量介質與氮氣結合，通過V4，減少主密封的效力，從而導致工藝泄漏的發生，在其經過輔助密封和PI-11 監測位置后，借助節流孔板RO-11 的節流效用，于密封腔內部，建立0.5 ～0.6MPa 的壓力，控制氮氣的消耗量。若是主密封發生較大泄漏問題的情況下，由于受到限流孔板效用的影響，在干氣密封腔中的壓力就會不斷地隨之而上升，同時泄漏管線之上的壓力表指示水平也會同步增長，待其超過固定值情況下，將影響機械的主密封效果，最終經過V5（單向閥），將主密封泄漏的微量介質向火炬系統之中排放。

3 乙烯冷泵運行優化措施

3.1 潤滑

提升乙烯冷泵裝置中油品的潤滑效果，選擇替代油時，不僅需要提升油品抗低溫效果，還需要分析替代油品的抗乳化性能和年度，使其趨近于原潤滑油品，或者效果遠遠高于潤滑油品，冬季氣溫較低，會影響潤滑油的潤滑效果，增加其年度，降低潤滑油流動性，巡檢過程中需要檢查油杯及油位情況，及時針對溫度偏高、聲音異常、體積較小或者滲油等問題進行檢修，檢查潤滑狀況，從機械的散熱性能出發，冬季可將圓形牛皮紙罩放于電機上，以此降低電機的通風量，維系電機潤滑脂應用最優化效果。電氣人員在添加潤滑脂的過程中，可應用軟棉布將注油嘴擦拭以后再進行注入干預，以減少砂石或者細小顆粒等雜質隨潤滑脂進入電機內部，影響電機軸承正常工作，甚至損傷軸承的問題發生。

3.2 配件

乙烯冷泵運行過程中，開展配件管理重要意義顯著，必須結合制造廠家和檢修車間、生產車間。確保配件的制造、應用及檢修能夠環環相扣。利用廠家的研發力量，對配件應用過程中的缺陷進行改進，選擇性價比較高的廠家購買配件，應用性能較好的機械密封元件，比如，在低溫環境下，雖然對機械密封動靜環的影響相對較小，但是對o 型環的影響較大，在密封圈選擇中，需要保障其與低溫環境的需求相適應，比如，配置的包氟材料可以選擇硅橡膠O 型圈，設備外部應用硬度較高的聚四氟乙烯材料進行配備，內部應用耐低溫的硅橡膠材料配置，以此保障設備性能的良好性，提升其機械強度，優化配件的應用效果。

3.3 備用

依據日常維護情況，進行機泵盤車，低溫情況下，由于機械密封泄漏情況時有發生，所以一旦溫度在零下30℃以下，則不宜開展盤車，而是需要在啟泵或者試泵的過程中盤車，盤車前需要用低壓蒸汽對機械密封壓蓋表面開展清理，實現機械密封位置預熱，待其元件彈性恢復以后，對軸承箱進行加熱。使軸承箱溫度與工作時的溫度相接近，定時對機械密封上的包冰開展清除干預，維系設備備用狀態的正常化。

3.4 運行

乙烯裝置低溫泵運行過程中，應盡可能地減少切換機泵概率，盡可能地降低機泵損壞概率，低溫泵檢修以后，需要從環境差異性入手，靈活預冷方式，待沖鋒預冷后，開展備用干預，擬定巡查設備應用制度，重點分析設備運行中故障的發生，檢查機泵運行中狀態不理想的情況，以提升巡檢質量，促進機泵運行質量的提升，縮減運行事故發生率，減少乙烯裝置低溫泵運行中的安全隱患。

4 結語

綜上所述，利用乙烯裝置低溫泵機械密封的改進措施，以串聯式干氣密封形式優化改造，可輔助機泵運行管理工作的最優化，有效縮減密封泄漏故障的發射功率，提升密封效果，促進機泵運行使用壽命的增加，維系乙烯裝置低溫泵運行的穩定性，延長設備應用周期，提升設備應用質量，使得乙烯裝置低溫泵處于較為理想的工作狀態下，提升企業的經濟效益。