丁辛醇装置高速泵机封泄漏分析及改进

发布时间：2023-06-13

张建宇

（中国石油大庆石化公司建设公司）

在某石化公司丁辛醇装置检修过程中，高速泵是该装置检修的关键设备。高速泵由电机、增速箱和泵体3个部分组成。文中对该丁辛醇装置高速泵的机械密封泄漏原因进行了分析，有针对性的采取设计改造措施，收到理想改造效果。

关键词：高速泵；泄漏；机械密封；改造

高速泵转速一般为7 000 r/min，变速箱内有3根轴，属于立式泵。高速泵内部密封件较多，泄露的主要原因即密封件泄露。文中结合某石化公司丁辛醇装置检修中丁辛醇装置高速泵的机械密封泄漏原因进行分析，并采取了多项改造措施。

1.高速泵机械密封泄漏原因分析

机械密封以及高位油罐密封构成了高速泵密封系统。高速泵机械密封的泄露点主要包括轴套与轴间的密封、动、静环间密封、静环与静环座间的密封以及密封端盖与泵体间的密封等［1］。

低压蒸发分离器尾液泵的轴承箱侧与泵壳侧之间存在1个空腔，空腔的作用是一旦叶轮侧机械密封或齿轮箱侧机械密封出现泄漏，保证泄漏的液体均流入空腔体内，再从腔体出口排出泵壳外，一般用油杯存储，这样操作人员便知机封泄漏。此时需通过补充润滑油来缓解漏油问题，并要定期补充润滑油，丁辛醇装置高速泵的密封油罐内的压力值设置为0.1 MPa，一旦低于此值就需补液。不仅增加成本，也解决不了根本问题，临末只能是介质与密封液及齿轮箱润滑油全部流入腔内通过油杯显示，这样不仅导致介质大量泄露，而且还会使密封油罐内的压力过高，导致密封系统严重磨损。在正常运转时，机械密封动环与连接轴同步转动，不发生相对运动。轴与轴套及动环与轴套之间的密封主要靠O形圈实现静密封。而轴套的磨损则说明密封油罐内的压力过高，使得动环与轴套之间发生了相对运动，导致机械密封泄露［2］。

丁辛醇的高速泵转速达7 000 r/min。在较高转速下，易造成端面较大的相对滑动，并产生大量摩擦热量，使介质产生气蚀现象。如果气蚀量过大，对泵壳内造成严重损伤，还会导致转子出现振动，对高速泵机械密封也会造成损伤，如果机械密封的动静环磨损严重，将直接导致介质泄漏。

2.尾液泵机封泄漏的问题

丁辛醇装置高速泵的机械密封由3组动静环之间配合密封，其中叶轮侧机械密封是2个静环共用1个动环，密封腔内用白油进行密封，而齿轮箱侧用1组动静环对齿轮箱侧润滑油进行密封。理论上，密封面产生的所有承载能力应用于负荷微凸体机械接触承载与流体膜承载。因此，在高速泵正常运转时，后两者的产生的承载力应与前者的承载力相等。然而，根据对高速泵轴套的磨损情况进行分析与计算，对于造成高速泵机械密封泄露的原因判断中，可归结为尾液泵在运行过程中由于外置密封油罐内白油压力过大导致叶轮侧动静环之间磨损严重，造成尾液泵的机封泄漏。还有1种可能是密封O型圈是丁苯橡胶材质，不耐油，造成O型圈膨胀，是动静环之间承受来自O型圈的膨胀压力，导致机封泄漏。

3.尾液泵机封的改造

通过对高速泵机械密封泄露原因的分析，结合高速泵实际装配、使用情况，总结出消除高速泵机封泄露现象关键要降低高速泵泵体中机封面的载荷，而增加磨损轴套装配间隙的方法有效。

3.1 静环和O型圈的改造

大多数机械密封的静环选用树脂石墨，而石墨环在高速泵高转速运作过程中发生磨损产生的粉末会随着轴承运动聚集在O型圈处，尤其是当粉末聚集在聚四氟乙烯刃形的密封处，不但会使密封刃产生压痕，严重时还将影响补偿环作用的发挥。在改造过程中，静环选用了强度高耐高温以及摩擦性能较好的浸银石墨环，以保障高速泵运转的稳定性。

保证O型圈弹性对保障高速泵的机械密封性能极为关键。根据对O型圈膨胀原因的分析可知，丁苯橡胶不耐白油，需要将O型圈的密封材质更换为耐油的全氟醚橡胶。丁辛醇装置高速泵密封圈的数量非常多，多次泄漏的原因均源于O型圈，因此选择O型圈时要考虑所接触的介质，需有效保障O形圈密封效果，提高机械密封的可靠性。

3.2 51D及51C动环的改造

对于丁辛醇装置高速泵机封（51D及51C）而言，其端面比压值具有密封端面2侧的压力为零的特点，所以若是高速泵机械密封的端面比压值较大，反而会使机械密封磨损加剧。因此对于高速泵机械密封的改造应在保持原有的端面比压不变的基础上对动环进行重新设计，采取新的变动环的材质和结构。动环的材质可选用硬质的合金材料，轴套选用314材质，同时需加大动环厚度［4］。

3.3 尾液泵的吸入侧改造

丁辛醇装置高速泵入口处一般未设置Y形过滤器，导致大量的杂质就会从入口进入到高速泵的内部，导致其机械密封的泄露的进一步严重化。因此，在对高速泵进行安装时必须?介质的入口处安装1个Y形过滤器，以便达到过滤大量颗粒杂尘，改善丁辛醇装置此类高速泵的工作环境。

（4）静环补偿元件的设计改造

丁辛醇装置的高速泵整体泵腔的尺寸无法调整，一般通过增加补偿元件的补偿量来改善效果。必须注意的是，一般的补偿元件采用多弹簧的形式。使用弹簧的缺点是如果增大弹簧的补偿量，时间过长将会导致弹簧失效［5］。

除此之外，由于丁辛醇的高速泵产生的转速可达10 275 r/min，因此，此类高速泵在高速运作时导致的高速振动，也是高速泵发生机械密封泄露的因素之一。所以为改善尾液泵机封泄露的情况，需要对补偿元件进行进一步的改造或选型。鉴于此，可供使用的具体方法就是在不对轴向尺寸进行调整的前提下，调整、改变静环弹性元件的材质、结构。往往补偿元件采用波纹管的形式会更优于弹簧的形式，较好发挥密封的补偿性能，更加有效的降低补偿机构的摩擦力，进而改善了静环的随意性。此外，相对与多弹簧机构，金属波纹管能够有效的弥补尾液泵高速旋转弹性补偿的不足。同时，在加上对静环及动环的大力的改造创新下，大大延长了丁辛醇装置此类高速泵机封的使用寿命，提高了工作效率。

4.结束语

某石化丁辛醇装置在高速泵长期频繁的检修过程中，经过一系列的泄露原因分析，总结经验，在机械密封改造上取得重大突破，不仅提高了工作效率，避免不必要的切换停车时间，节省了检修人员的用工成本，同时降低了生产成本，确保了生产装置的平稳长效。

来源：《炼油与化工》

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