王彥江，王長青，王健偉，鄧聯新，陶義
（獨山子石化（huà）公司設備檢（jiǎn）修公司）

主要內容：石腦油泵是“高危泵機封改造項目”主要改造設備之一，該泵改造（zào）後僅運行4 個月（yuè）就發生機封失效、大量泄漏事（shì）故。通（tōng）過對該泵進行（háng）分析，找出原因，並采取針對性的有效的措施進行再（zài）次改造（zào），將（jiāng）原來的（de）雙端麵（miàn）帶（dài）壓幹氣式機械密封PLAN74 方（fāng）案改造為標準串聯（lián）雙端麵（miàn）密封PLAN11+53A 方案，確保設備能（néng）夠長周期穩定的運行（háng）。
關鍵詞：石（shí）腦油泵；雙端麵帶壓幹（gàn）氣密封；PLAN74；PLAN11+53A
0　引言（yán）
該石腦油輸送泵屬於（yú）危險介質（zhì）泵改造為雙端麵密封項目之一，該泵按改造計劃進行了密封（fēng）和輔助係統的改造安裝，一直平穩運（yùn）轉了4 個多月（yuè），直至某日淩晨該設備機械密封（簡稱“機封”）突然失效（xiào），大量泄漏並著火（huǒ）。調取控製室數據顯示先是非驅動端密封係統密封氣高流量報警，2 s 後驅動端密封（fēng）係統（tǒng）密封氣低壓（yā）報警現象，設備4 min 左右（yòu）自行停止（zhǐ）運轉。在設備滅火完成後，發現機械密封及輔助係統、軸承箱燃燒損壞。按API 682—2014 標準（zhǔn），幹氣機械密封的運行周期應為36個月。為解決改造（zào）後機械密封運行壽命短的問題，對泄漏原因進行了分析，並采取了（le）有效的改造措施，確保設備能夠長周期穩定運行。
1　故障原因（yīn）分析
石腦油輸送泵為雙殼多級泵，型號（hào）為HTD100-120×4B，設備級數為4 級，主要參數見表1。

表1 石腦油輸送泵的主要技術參數

1.1 機泵及密封拆解情況
對該雙端麵幹氣機械密封拆解發現，非驅動端介質側機（jī）械密封的（de）動靜環表麵光滑、動環有裂痕、運（yùn）轉表麵有（yǒu）油（yóu）；大氣側機（jī）械密封（fēng）的動靜環有微運（yùn）轉磨痕、動環碎裂（liè）；動環O 形圈受熱擠出、大氣側靜環O 形圈受熱粘黏、靜環背後彈簧卡滯；拆下的非驅動端機械密（mì）封軸套內外（wài）表麵全部光滑無拉傷。驅（qū）動端介質側機械密封動環碎裂、靜環被磨沒、密封附（fù）件（彈簧、O 形圈、卡環）都已被磨損受熱熔化；大氣側機械密封動靜環都已磨碎，密封完全失效；驅動端（duān）機械密封軸套（tào）與轉子有相對轉動且磨（mó）損嚴重，驅動端軸瓦損壞嚴重，巴氏合金完全脫落，軸頸（jǐng）和油（yóu）封嚴（yán）重（chóng）磨損。
1.2 機泵及密封失效原因分析
非驅動端密封失效原因（yīn）是碳化矽材料的內部（bù）缺陷造成密封動環（huán）碎裂，密（mì）封氣（氮氣）大量外泄，出現高流量報警，密封腔內無法保住壓力，形成反壓。由於（yú）幹氣密封密封環帶麵（miàn）比濕密封寬很多，形成不了非接觸，密封麵打不開後造（zào）成幹磨，導致密封瞬時失效泄漏。
驅動端密（mì）封在非驅動端密封出現高流量報（bào）警情況下，導致（zhì）大量氮氣體往非驅動端密封泄漏，使驅動端密封供氣壓力不足，動靜環之間未形成氣膜，進而（ér）造成動環與（yǔ）靜環（huán）之間的直接接觸並發生幹磨（mó）現象。因為該密封為非接觸式幹（gàn）氣密（mì）封，幹磨後產生大量熱，造成密封環表麵密封麵出現熱裂紋（wén）和碎裂，密封環嚴重損壞，密封失效，發生大量介質泄漏並引起著火，著火後油杯燒損，造成軸瓦運行缺（quē）油磨損；軸瓦磨損後造成轉軸沉（chén）降，油封發生磨損（sǔn），轉軸磨損，機械密封軸套磨損。
1.3 密封輔助係統分析
石腦油輸送泵在上次“危險介質泵改造為（wéi）雙端麵密封（fēng）項目”中，采用的是PLAN74 衝洗方案的（de）雙端麵帶壓幹氣密封（fēng）。該結構在密（mì）封正常運行時可以做到完全阻隔工藝介質做到零泄漏，主要適用（yòng）於溫（wēn）度不高（gāo）但含有不能泄漏的易燃（rán）易爆或有毒有害介質場合，也適用（yòng）於對可靠（kào）性（xìng）要求（qiú）非常高的場合，尤其適（shì）用於（yú）氣液（yè）混合的介質。該方案對石腦油輸送泵的運行工況也完全適用的，但在使用過程中應注意（yì），如果出現流量高報或壓力低報的情況，應及時（shí）停車處理。
不過，這（zhè）種純幹氣密封對密封（fēng）氣源的要求很（hěn）嚴格：①進入幹氣（qì）密封的密封氣必須足夠清潔，不能含有液體或顆粒，否則可（kě）能會（huì）導（dǎo）致氣膜變成液膜產生大（dà）量（liàng）的（de）熱使脆性材料（liào）的動環瞬間崩裂；②密（mì）封氣（qì）的壓力也必須高（gāo）於密封腔（qiāng）壓力，如果密封氣供給不足，容易（yì）導致密封氣壓力與介質壓力接（jiē）近，動（dòng）、靜（jìng）環之間無法形成氣膜，進而造成動環（huán）與靜（jìng）環之間的直接接觸（chù）並發生幹磨現象，造成密封（fēng）失效。
針對本次石腦油輸送泵出（chū）現的問題，考慮（lǜ）PLAN74 方（fāng）案並聯式的兩套幹氣密封共用一套供氣係統。係統供給氣源壓力等參數對密封失效（xiào）的影（yǐng）響），同時雙支撐泵驅動端或非驅動端一端泄漏會對另（lìng）一端（duān）氣源壓（yā）力產生很（hěn）大（dà）影響，所以（yǐ）采（cǎi）用PLAN11+53A 的（de）衝（chōng）洗方（fāng）案。該方案適用於不允許輸送介（jiè）質泄漏到大氣中的情況，通過現場氮氣源為封液罐提（tí）供壓力源，保證封液壓力始終高於密封腔壓力，阻止密封介質的泄（xiè）漏。該係統使密封承受液膜潤滑，使用（yòng）時要保證封液罐壓力始終（zhōng）高於密封腔壓力，以便為密封端麵提供潔淨的潤滑液，保證密（mì）封的使（shǐ）用性能（néng），否（fǒu）則介質中（zhōng）的顆粒容易進入到密封（fēng）端麵內造成密封失效。而此類係統隻對（duì）氣源的（de）壓力有要求，安全性更有（yǒu）保（bǎo）證（zhèng）。同時采用壓力開關對氣源壓力進行（háng）監（jiān）測（cè），采用液位開關對（duì）密封泄漏情況進行（háng）監測。由於封液帶壓會有微量通過密封泄（xiè）漏到（dào）介質和大氣中，因此要選擇清潔、幹淨對工藝介質無影響（xiǎng）且不汙染環境的潤滑液作為（wéi）封液。
2　改造方案
通過對引起該設（shè）備機械密封泄漏原因的分（fèn）析，提出的如下改造措施。
2.1 機械密封結構改造（zào）方案
（1）選用技（jì）術成熟的標準串聯雙端麵（miàn）密封型（xíng）式（shì），密封符合API 682 標（biāo）準，特別適合易揮發介（jiè）質、輕烴化合物等，密封使用壽命長，可（kě）靠（kào）性高。
（2）補償型式（shì）選用了多彈簧結構，彈力均勻，確保密封麵更好的貼合，也使密（mì）封在軸向上更加緊湊。同時結（jié）構采用了平衡型，適用於較高壓力。
（3）介質（zhì）側密（mì）封芯采用雙向承壓設計，可以適（shì）用於介質壓力（lì）高於封液（yè）壓力，也可適用於封液壓力高於介（jiè）質壓力，該（gāi）結構可有效保證密封適（shì）應設（shè）備運轉（zhuǎn）過程中可能出現的壓（yā）力波動。
（4）密封（fēng）型式為雙端麵串（chuàn）聯密封，兩套密封芯間密封腔壓力高於介（jiè）質壓力（lì），有效保證介質不會泄漏到大氣（qì）中，提高設備安（ān）全（quán）性。
2.2 輔助衝洗係統方案
針（zhēn）對該多級泵（bèng）輸送的輕石腦（nǎo）油介質特（tè）性，對現場人員安全及環境汙（wū）染都存在很大的安全隱患，提出改造後采（cǎi）用PLAN 11+53A 衝洗係統的方案，可有效保證介質不會泄漏到大氣中（zhōng），提高設備運轉的安全性（圖1）。本方案不允許出（chū）現輸送介質泄漏的情況（kuàng），通過（guò）現場氮氣源為（wéi）封液罐提供壓力源，保證封液壓（yā）力始終高於密封腔（qiāng）壓（yā）力，阻止密封介質泄漏。同時，采用壓力開關對氣源壓力進行監測，采用（yòng）高低液位開關對密封泄漏情（qíng）況進行監測。由於封液帶壓，會有微量通過密封（fēng）泄漏到（dào）介質和大氣中，因此該泵以白油潤滑液作為封液。
2.3 密封材料方案
（1）摩（mó）擦副材料選用石墨對碳化（huà）矽，能很好地應對該工況（kuàng）。
（2）輔助密封材（cái）料選擇氟橡膠O 形圈（quān）。
（3）密封（fēng）芯金屬件材料選用316 不鏽（xiù）鋼，彈簧材料選用哈C合金，軸套、端蓋、腔體材料選用316 不鏽鋼。
以（yǐ）上材料均可以滿足該泵的工況（kuàng）要求，保證密封的長周期（qī）運轉。
3　結論
改（gǎi）造後運行狀態良好，長周期運行24 個月（yuè）無異常（cháng）波動。
上次石腦油輸送泵（bèng）機（jī）封改造采用了密封衝洗方案為PLAN74 的（de）雙端麵帶壓幹氣式機械密封（fēng），而且兩套並聯式幹（gàn）氣（qì）密封共用一套供氣係統，導致係統（tǒng）對氮氣源要求特別（bié）高（gāo）。同時雙支撐多級泵驅動（dòng）端或非驅（qū）動端一端泄漏會對另一端氣源壓力產生很大影響。本次改造采用PLAN11+53A 的衝洗方案（àn）的（de）標準串聯雙端麵密封，以現場氮氣源為封液罐提供壓力源，同時（shí）采用壓力開（kāi）關、高低液位開關對氣源壓力和密封泄漏情況進行監測，有效地避免了密封泄漏故障。本次機械密（mì）封的成功（gōng）改造，提高了（le）整個裝置的安全性，延長了設備的運行周期，降低了檢修（xiū）頻次，減少了因頻繁檢修造成（chéng）的經濟損失，對（duì）石化公司創建無汙染企業具有積極的作用。同時，它對於同類型機泵在機（jī）械密封改造選型方麵提供了一定（dìng）參考，具有一定的推廣價值。

圖1 Plan11+53A 密封衝洗係（xì）統