摘要：針對延遲焦化裝置輻射進料泵串聯機械密封故障率高的情況，對進料泵機封腔與(yu) 機械密封結構分別進行分析。結合介質溫度高、黏度大的特點，通過技術改造解決(jue) 了進口輻射進料泵機械密封運行壽命短的問題，保證裝置安全、穩定運行。

前言

輻射進料泵是金陵石化公司185kt/a焦化裝置的核心設備。常減壓裝置的減壓塔底部抽出的渣油，經過換熱器換熱至320℃，由輻射進料泵輸送至燃燒爐輻射室，再加熱輸送至焦炭塔。輻射進料泵自機封型式由單端麵改為(wei) 串聯後，運行中泵出口側(ce) 機封第一道密封頻繁出現泄漏故障，機封的使用壽命不超過3000h。由於(yu) 介質黏度大、溫度高，機封一旦出現泄漏故障，會(hui) 汙染裝置現場且存在較大安全隱患，增加檢維修費。

1.機泵結構及機封改造曆史

輻射進料泵型號RON-D8X16,流量322m3/h，揚程400m，入口壓力(0.15~0.42)MPa(表壓)；兩(liang) 級葉輪，首級葉輪為(wei) 雙吸結構，出口葉輪為(wei) 封閉式單吸葉輪;機封腔設置有平衡管，接泵入口減壓。

該泵出廠時機封為(wei) 單端麵波紋管機封，使用PLAN32+62衝(chong) 洗方案。2012年，為(wei) 滿足中石化高溫熱油泵管理要求，提高機封的安全性及可靠性，改為(wei) 串聯式波紋管機械密封，使用PLAN32+53A衝(chong) 洗方案。

2.密封失效原因分析

機封改為(wei) PLAN32+53A串聯密封後，使用不到3000h，第一道密封泄漏，壓力罐液位降低，故障出現在泵出口端側(ce) 密封，入口端未出現問題。解體(ti) 失效機封，發現密封端麵受損，有明顯磨損痕跡。

在機泵運行中觀察到，密封衝(chong) 洗油壓力表波動頻繁，正常使用0.6MPa密封衝(chong) 洗油，會(hui) 間斷性上升至(0.8-0.9)MPa，證明機封腔壓力存在波動，導致封油壓力低於(yu) 機封腔壓力，衝(chong) 洗油無法注入機封腔，機封腔內(nei) 無法穩定形成潔淨、低溫運行工況。端麵在高溫、粘稠、含焦粉等環境下運行，加劇機封損壞，使密封過早失效。

（1）機封結構分析

改造前機泵原裝密封為(wei) 約翰克蘭(lan) 的單端麵波紋管機械密封，設計為(wei) PLAN32+PLAN62的衝(chong) 洗方案，衝(chong) 洗液壓力為(wei) 裝置內(nei) 80℃蠟油，壓力為(wei) 0.8MPa；PLAN62方案中靜環座提供背冷的介質為(wei) 160℃蒸汽(圖1)。

圖1

機封腔壓力平衡設計有平衡孔與(yu) 平衡管：一是機封腔上方設計有平衡管與(yu) 泵入口相連；二是通過二級葉輪入口部位通過喉部襯套與(yu) 泵體(ti) 的徑向節流作用，降低密封腔壓力，保證衝(chong) 洗液有一定流量進入機封腔，達到衝(chong) 洗雜質、降低端麵溫度的目的。

改造後機封為(wei) 串聯式帶壓機封結構(圖2)，采用PLAN32+53A的衝(chong) 洗方案。一級密封PLAN32在介質側(ce) 密封引入蠟油衝(chong) 洗，給密封腔降溫的同時防止高溫介質中的焦粉進入密封端麵。

圖2 

二級密封PLAN53A方案在儲(chu) 罐內(nei) 之間加入46#白油，儲(chu) 罐用中壓氮氣加壓，保持儲(chu) 罐內(nei) 隔離液壓力高於(yu) 密封腔壓力(0.14~0.41)MP.，隔離液通過熱虹吸及二級機封泵送裝置建立循環，通過儲(chu) 罐的冷卻盤管從(cong) 而抑製二級密封的溫升[1]。

改造後串聯式帶壓機封結構優(you) 點是：一旦一級密封失效發生泄漏，隔離液壓力高於(yu) 介質壓力，隔離液會(hui) 流向泵內(nei) ，密封變為(wei) 單端麵密封，儲(chu) 罐低液位或低壓報警，操作員有足夠時間判斷密封失效、采取措施；如果二級失效泄漏，隔離液泄漏到大氣中，密封變為(wei) 承受反壓的單端麵機封，不會(hui) 發生介質泄漏。這時儲(chu) 罐低液位或壓力報警，給操作員足夠時間停泵切換。

密封改造後有以下區別：一是PLAN32+53A機封設計結構為(wei) 內(nei) 側(ce) 機封承受儲(chu) 罐內(nei) 封液壓力高於(yu) 密封腔壓力，不能承受密封腔壓力高於(yu) 儲(chu) 罐封液壓力;二是考慮到在高溫工況更加穩定，使用靜止型波紋管機封，第一級端麵距離衝(chong) 洗液較單端麵機封更遠。

（2）離心泵結構影響分析

1）喉部襯套檢查情況

首先要排除喉部襯套磨損導致機封腔壓力過高的情況。因為(wei) 介質經喉部襯套節流後壓力依然較高，將直接導致密封腔壓力過高，超過衝(chong) 洗壓力後渣油將倒竄人衝(chong) 洗管路，衝(chong) 洗液發揮不了衝(chong) 洗冷卻作用。檢修時測量喉部襯套外徑95.48mm，泵體(ti) 內(nei) 徑96.05mm，間隙為(wei) 0.57mm，均在標準範圍內(nei) ，且肉眼觀察磨痕很少，所以排除喉部襯套磨損導致機封腔壓力變高的因素(圖3)。

圖3

2）離心泵機封腔結構分析

輻射進料泵為(wei) 兩(liang) 級葉輪，首級葉輪為(wei) 雙吸結構，機封腔設置有平衡管回人口減壓。機泵大修時檢查機封腔發現，機封腔有一平衡衝(chong) 洗孔由二級人口至機封腔，尺寸Φ5mm(圖4)，且平衡管開口在機封腔的正上方（圖5）。

圖4

圖5

通過綜合分析，得出以下結論：

改造後的機封第一道密封端麵在平衡管開口的正下方，導致PLAN32注入的衝(chong) 洗液直接從(cong) 平衡管排走，起不到衝(chong) 洗與(yu) 降溫作用，且機封腔平衡孔大量的渣油進人機封腔從(cong) 平衡管循環流動，導致第一道密封運行環境非常惡劣，同時由於(yu) 機泵運行工藝參數波動，大大影響第一道密封的運行壓力，甚至導致反壓(圖6)。

圖6

而未改造前的單端麵密封，由於(yu) 密封較短、機封端麵靠外側(ce) 遠離高溫介質，PLAN32衝(chong) 洗不受平衡管處流體(ti) 的影響，且單端麵機封對機封腔壓力變化不敏感，在保證衝(chong) 洗通暢的基礎上，機封運行良好。

3.機封改造方案

分析認為(wei) ，故障主要原因是改造後機封與(yu) 原機封腔不匹配、導致機封運行環境惡劣。因此，要從(cong) 保證PLAN32衝(chong) 洗液順暢入手，保證第一道密封端麵的運行環境。因為(wei) 機泵機封腔平衡孔位置無法更改，隻能改進機封設計，來保證第一道密封運行在設計環境下。

（1）機封增加節流環

第一道機封處增加節流環，以使得平衡管與(yu) PLAN32液體(ti) 分離(圖7)，使得PLAN32衝(chong) 洗液不受上方平衡管開口流體(ti) 的影響，保證第一道密封的運行環境。為(wei) 保證節流環對衝(chong) 洗液沒有節流效果，對節流環的尺寸進行了核算，保證第一道密封的衝(chong) 洗液的流量。

 圖7

PLAN32衝(chong) 洗液F孔尺寸Φ10mm；麵積78.5mm2;F孔處腰形狀分布孔麵積113.04mm2；節流環內(nei) 徑Φ129.5mm；密封動環座外徑Φ128mm。故最小環帶麵積為(wei) 303.2mm2。

根據以上計算，從(cong) 衝(chong) 洗液F孔Φ10mm開始，麵積逐漸增大，所以不存在節流情況。節流環設計可以保證衝(chong) 洗液通暢流動。

（2）改變輔助係統參數

由原機封設計圖紙機封腔壓力波動範圍為(wei) (0.15~0.8)MPa，因此適當提高PLA)32封油壓力至0.9MPa，保證機封端麵不受反壓，增加53A氮氣壓力較衝(chong) 洗液壓力大(0.2~0.4)MPa。同時為(wei) 更好地監控衝(chong) 洗流量，保證衝(chong) 洗正常，更換原衝(chong) 洗液流量計，使得運行有效監控。

4.結語

研究機封失效現象，從(cong) 機封結構與(yu) 機泵構造2個(ge) 方麵進行原因分析，得出機封失效的根本原因。通過技術改造增加機封節流環，改造後衝(chong) 洗蠟油能完全通過節流環對機封端麵進行衝(chong) 洗，保證密封端麵在清潔、溫度適宜的設計工況下運行。不僅(jin) 延長了密封的使用壽命，有效緩解機封故障，而且提高平時操作和維護的安全係數，減輕對周圍環境的汙染，保證裝置安穩長運行。