高温油浆泵机械密封系统改造

摘要:催化裂化装置中油浆泵的工艺介质为高温油浆，且含有催化剂颗粒，运行工况恶劣，机械密封的寿命普遍不高，且经常发生泄漏。对油浆泵机械密封泄漏原因进行了分析，认为波纹管内结焦和积碳、冲洗油系统含有催化剂颗粒以及动、静环损坏是造成油浆泵机械密封泄漏的主要原因。针对机械密封频繁泄漏的问题，从冲洗形式及密封结构等方面对油浆泵机械密封系统进行了改造，采用PLAN54 + PLAN32+PLAN62的冲洗方案，极大提高了油浆泵的安全运行周期，降低了泄漏着火几率，减少了检修频率，经济效益显著，改造效果良好。

关键词:油浆泵;机械密封;泄漏;改造

油浆泵是催化裂化装置中的关键设备，其工作介质为催化裂化装置高温油浆，并且含有催化剂颗粒(Ai₂O₃及SiO₂)、焦粉等固体颗粒，运行工况恶劣。正常生产时，油浆中的催化剂固体质量浓度不大于6g/L,。但若出现工艺操作波动，其固体含量就很容易超过该标准，颗粒会磨损机械密封，造成机械密封失效甚至泄漏着火。机械密封的频繁泄漏会严重影响装置的长周期安全运行，增加维修工作量和检修费用。

笔者以某催化裂化装置油浆泵为例，对其机械密封泄漏原因进行了分析，并加以改造，效果良好。

1 油浆泵机械密封冲洗形式

该催化裂化装置油浆泵位号P-207A/B,型号300ZPY-120，体积流量533.49 m³/h，扬程129m,温度330℃，轴功率327kW，电机型号YB450S1-2WTH，机械密封采用的是PLAN32+PLAN62冲洗方案，见图1。

图1 油浆泵机械密封PLAN32+PLAN62冲洗方案

PLAN32为注入式冲洗，主要作用是改善工况，其成本高，只冷却时不宜采用。PLAN32应与小间隙喉套配合使用，使用时外冲洗应连续(包括启动、停车)，冲洗液与介质要相容。PLAN32的使用工况:①颗粒杂质(碱、胺、易结晶流体)工况。②防气蚀抽空。③炼油厂的油浆泵、塔底泵，用100℃蜡油或柴油冲洗。①单端面密封的高温泵，易结晶、含固体颗粒或腐蚀性介质泵。⑤对介质水，冲洗转速3000r/min，冲洗量3~30 L/min(与轴径有关)。对易挥发介质或温度较高介质，转速和冲洗量可适当选大一些。⑥冲洗压力高于密封腔0. 1～0. 2 MPa的工况。⑦浓硫酸，用柴油或c4～c9混合物冲洗。

PLAN62为急冷冲洗，主要作用是阻隔氧气，防比泄漏固体物堆积，其使用工况:①急冷流体，如高温低压蒸汽、低温氮气(避开水的化学反应)，常用于有毒、易燃、氧化性、易聚合、易结晶、高瓢度(碱、胺、易结晶流体)介质。②隔氧防焦冲泄漏。泵体介质温度高于150℃，用蒸汽急冷防r.泄漏流体结焦。③单密封用。

油浆泵机械密封采用外接柴油(1.7MPa、45℃)作为冲洗油，主要是防比颗粒集聚造成机械密封泄漏。该冲洗油通过机械密封腔体后带走热量，密封介质，再从机械密封出口循环回到封油罐。同时通过低压蒸汽吹扫机械密封，防比泄漏出的油浆集聚，从而保证机械密封的正常使用。但在该油浆泵使用过程中，机械密封频繁发生泄漏，最短的使用寿命仅7d。

2 机械密封失效原因分析

2.1 波纹管内结焦和积碳

油浆泵原来采用的是波纹管式密封，温度高、密度大是油浆系统结焦的主要原因。在350℃的操作条件下，油浆会逐渐沉降或凝固在波纹管缝隙中形成焦炭，随着时间的推移，波纹管缝隙内的焦炭使波纹管不能自由进行轴向的拉伸、压缩，失去弹性。这种情况下，波纹管就不能随着介质压力的变化而提供相应的轴向力，丧失了补偿作用，使端面液膜压减小，造成液膜反压系数和端面比压下降，从而导致机械密封失效。

2.2 冲洗油系统含有催化剂颗粒

机械密封辅助系统的 PLAN32所用的冲洗介质为催化装置自产轻柴油。柴油压力高于泵腔体压力，由图1中的F孔进入机械密封，再从机械密封的另外一个口返回。油浆泵机械密封泄漏后，拆检发现机械密封内有细粉颗粒，在机泵冲洗油线处采样也发现有细小颗粒。据此分析，认为油浆泵机械密封损坏的原因为，由于机械密封通道很小，冲洗油流经通道时带有的固体颗粒沉积在机械密封腔体中，随着时间的推移颗粒越积越多，流通通道越来越小，机械密封产生的热量无法带走，导致机械密封中的碳化硅长时间处于高温。后由于冲洗油量减少，油浆进入机械密封内，所含的固体颗粒磨损碳化硅，与高温共同作用导致机械密封损坏。

2.3 机械密封动环及静环损坏

机械密封动环、静环损坏情况见图2。

图2 机械密封动、静环损坏示图

图2a中介质侧波纹管环面(动环)外侧有崩边，环面的圈状磨痕比较深，用放大镜观察发现环面有多处裂纹。崩边是由于泵抽空导致机泵振动，动环面受外力影响所致。当操作不正常时，油浆中的固体质量浓度远大于6g/L，油浆携带催化剂颗粒进入密封腔造成环面磨损，产生圈状磨痕，由此导致油浆泄漏。

图2b中大气侧静环的销钉处有崩边，2013-10-17出现这种损坏情况，检修完成后机泵运转了6d,机械密封再次损坏，拆检后仍发现类似损坏情况。这是由于机泵抽空，静环脱出形成间歇振荡，动环敲击导致静环碰撞销钉发生碎裂。