潘从锦;刘强;赵凯;阿不都热合曼·吐尔逊
【摘 要】石油化工企业中高危泵的介质往往具有易燃、易爆、有毒等特性,某石化公司高危油泵选择双端面密封方案在实践中获得成功,证明双端面密封结构对于高危介质的密封更为安全和环保.然而某石化公司高危泵在运行中存在外侧密封泄漏的现象,分析认为是隔离液不匹配.案例分析表明,隔离液的选择应考虑介质温度、压力及其物化性质,还要考虑到双端面密封的具体结构及隔离液的循环方式等,综合分析各种影响密封泄漏的因素,选择相匹配的隔离液.高温泵选择黏度相对较高的隔离液,常温油泵需选择黏度适中的隔离液,液态烃泵则选择低黏度隔离液. 丝光机【期刊名称】飞碟杯《炼油技术与工程》
【年(卷),期】2014(044)012
【总页数】3页(P34-36)
【关键词】高危泵;双端面密封;隔离液;密封方案
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【作 者】潘从锦;刘强;赵凯;阿不都热合曼·吐尔逊
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【作者单位】中国石油天然气股份有限公司克拉玛依石化分公司,新疆克拉玛依834003;中国石油天然气股份有限公司克拉玛依石化分公司,新疆克拉玛依834003;中国石油天然气股份有限公司克拉玛依石化分公司,新疆克拉玛依834003;中国石油天然气股份有限公司克拉玛依石化分公司,新疆克拉玛依834003
【正文语种】中 文
石油化工企业中的工艺介质大多易燃、易爆、易挥发或有毒性,这些特点对输送泵密封性能的要求较高。目前输送泵的密封形式使用最为广泛的是机械密封，对于易燃易爆介质而言，单端面密封已不能适应工艺条件的要求。
1 高危泵双端面密封配置要求www.hnnn
高危泵密封应按API 682—2004标准采用双端面密封，各种高危泵双端面密封配置要求如下。
(1)高温热油泵。双端面密封冲洗方案可采用Plan32+53A，Plan32+53B，Plan32+54或Plan32+52。密封本体设计时必须保证可在300 ℃以上高温条件下运行，大气侧密封应采用与介质侧密封相同的耐高温密封。
(2)轻烃介质泵。优先选用无压串联双端面密封，若现场无放空条件应选用有压双端面密封。密封结构选择A型标准推环式密封，静环应设置限位挡板。工作温度超过176 ℃应采用C型密封。密封冲洗方案采用Plan11+52,Plan11+53,Plan11+72+75或76。
(3)有毒有害介质泵。对于非高温有毒有害介质泵密封采用A型密封，冲洗方案宜采用Plan11+53B；对于高温有毒有害介质泵应采用C型密封，冲洗方案宜采用Plan21+53A。
2 高危离心泵密封方案优化
高危泵密封方案多种多样，双端面密封即泵的介质侧、大气侧串联安装两套密封，同时增加报警系统。具体密封方案可根据现场环境调整。
某石化公司通过优化确定了热油泵、有毒有害泵双端面密封方案为：原密封方案+53B，见图1。轻烃泵的双端面密封方案为：原密封方案+52，见图2。
图1 Plan53B方案Fig.1 Scheme of Plan53B
3 密封系统隔离液的选择
3.1 双端面密封遇到的问题
高危泵双端面密封在运行中陆续出现双端面密封外侧机械密封泄漏严重的问题，为此对外侧密封的材质选择、结构参数、换热器面积、泵送环的泵送能力和热虹吸效能进行了核算分析，结果表明隔离液冷却器的换热面积可以满足冷却隔离液的效果，可以避免隔离液在长时间高温情况下出现乳化，不会导致外侧机械密封出现外漏；双端面机械密封采用的是直槽形式的泵送环，此类型泵送环的泵送能力相对较高，可以满足使用要求，无需改造；密封材质和结构参数均满足使用要求。因此，分析认为可能是选择的隔离液不合适。
图2 Plan52方案Fig.2 Scheme of Plan52
3.2 隔离液选用原则
机械密封温度控制系统在控制环境温度时，应保证密封腔内环境温度比密封腔压力下沸点
低14 ℃。在密封面处尽量不采用高速和高压，以避免造成高温环境。在高危离心泵的双端面密封中，用隔离液来替代中间密封介质以改变密封的工作环境。隔离液从外部引入流体，其流体压力应高于被密封介质的压力，起到封堵隔离的作用。隔离液要实现良好的隔离，实现零泄漏，隔离液和被密封介质之间的压差要保持在一定范围内[1]。
选择隔离流体时应考虑以下条件：隔离液必须与被密封介质具有相容性且不污染工艺系统；应具有润滑性,洁净而且能将摩擦热和搅拌热带走；长时间不氧化或变质(限制到最小限度)；运动黏度最好为10～32 mm2/s(40 ℃)；对人体健康无伤害；闪点通常高于100 ℃；能够起到冷却作用；就地易得且价格合理。在石油化工生产中常用的隔离液有润滑油、煤油等。
3.3 隔离液选用案例分析
就地易取并可用作隔离液的油品及其性能见表1。
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数控剪床3.3.1 案例1
某焦化装置辐射泵密封冲洗方案采用Plan31+53B。辐射泵介质工况：密度为838 kg/m3(40 ℃)，运动黏度为0.86 mm2/s(40 ℃)，温度为340 ℃，入口压力0.1 MPa,出口压力2.0 MPa。选择的隔离液为L-TSA46汽轮机油。
焦化辐射泵介质为高温热油，介质轴向传热导致外侧密封的密封腔温度高，容易引起L-TSA46汽轮机油高温乳化，从而导致外漏。从表1可以看出，HVIP8润滑油的黏度指数明显高于L-TSA46汽轮机油，在较高温度下体现其使用的优越性。因此，L-TSA46汽轮机油改为HVIP8润滑油，提高隔离液高温条件下的抗乳化性。从使用效果来看，HVIP8润滑油在排气充分的情况下，隔离液乳化的情况得到明显的缓解。而且HVIP8润滑油抗氧化性也较L-TSA46汽轮机油有明显的改观，有效地降低了高温条件下隔离液结焦的可能性，避免了大气侧机械密封因为隔离液结焦而导致的密封液膜汽化或波纹管补偿能力减弱情况的出现。
3.3.2 案例2
某催化装置凝缩油泵采用的是Plan11+53B密封系统，凝缩油介质工况：密度为608 kg/m3(40 ℃)，温度为40 ℃，入口压力1.1 MPa,出口压力2.0 MPa。选择的隔离液为L-TS
A46汽轮机油。
凝缩油物化性质接近粗汽油，是润滑性较差的介质。隔离液进口温度为40 ℃，出口温度为59 ℃，密封腔内的实际工作温度在60～70 ℃。说明L-TSA46汽轮机油导热性能差，散热系数小，在相对较低的环境温度下，流动速度慢、影响冷却器的换热效果。但是较高的温升也会引起密封端面的热变形。另外，L-TSA46汽轮机油在介质环境温度下运动黏度较大，密封运行形成的膜压系数相对较低，在弹簧系数和载荷系数不变的情况下，会增大端面比压，也会引起摩擦热增大。从表1中选取运动黏度更低的15号工业白油作为隔离液。在介质温度为40 ℃时流速快，密封腔内黏度变化小，传热效果好，且低黏度的润滑油可以提高密封端面的膜压系数，从而得到比较合理的端面比压，产生更少的摩擦热。更换密封隔离液后，测量得到隔离液进口处温度为32 ℃，出口温度为45 ℃，密封腔内的实际工作温度处在合理范围内。有效改善了密封效果，从而解决了密封泄漏的问题。
3.3.3 案例3
某丙烷脱沥青装置丙烷增压泵采用的密封方案为Plan11+52[2]，丙烷介质工况：密度为408 kg/m3(40 ℃)，70 ℃运动黏度为0.16 mm2/s，饱和蒸汽压2.562 MPa(70 ℃)，温度为70
℃，入口压力4.1 MPa，出口压力4.8 MPa。选择的隔离液为22号工业白油，采用热虹吸的方式进行隔离液循环。
在实际运行中，外侧密封的隔离液发生泄漏，密封体的温度为52 ℃，隔离液进出密封腔的工作温度均为46 ℃，没有温度差，说明隔离液没有循环工作。22号工业白油密度相对较大，感温性能
较弱，传热效果较差，温度差和密度差的效果未能真正实现，失去了循环冷却降温的作用。经核算辅助密封系统使用热虹吸原理可以满足使用要求。将22号工业白油更换为15号工业白油后，实测密封体温度为42 ℃，隔离液进口温度为33 ℃，出口温度为40 ℃，隔离液实现了循环，密封体没有发生漏液的情况，平稳运行两年，实现了长周期安全平稳运行。
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