付超,馬彪,周家成,趙萬(wàn)慶
(中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司,新疆 獨(dú)山子 833699)
脫丁烷塔塔底泵密封泄漏的原因分析及處理
付超,馬彪,周家成,趙萬(wàn)慶
(中國(guó)石油天然氣股份有限公司獨(dú)山子石化分公司,新疆 獨(dú)山子 833699)
脫丁烷塔塔底泵因?yàn)槊芊庑孤┒啻瓮C(jī)檢修,本文對(duì)泄漏原因進(jìn)行了分析,認(rèn)為密封沖洗量不足、沖洗介質(zhì)不潔凈和O型圈材質(zhì)不合理是密封泄漏的主要原因,針對(duì)泄漏原因,采取了擴(kuò)大節(jié)流孔板直徑、增加沖洗液過(guò)濾器和更換O型圈材質(zhì)的處理措施?,F(xiàn)場(chǎng)使用效果良好,為現(xiàn)場(chǎng)解決密封泄漏問(wèn)題提供一種方法和思路。
密封泄漏;改造;沖洗
脫丁烷塔塔底泵是某石化分離裝置的重要機(jī)泵,根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),2015年全年檢修密封頻次高達(dá)6次, 平均運(yùn)行壽命僅有2個(gè)月。由于該機(jī)泵所輸送的介質(zhì)為易燃易爆介質(zhì),密封經(jīng)常泄漏存在安全生產(chǎn)隱患,不僅增加了機(jī)泵的檢修作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行成本,而且影響到上下游裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行(見(jiàn)圖1、2)。
圖1 脫丁烷塔塔底泵
圖2 改造前節(jié)流孔板尺寸圖
根據(jù)密封結(jié)構(gòu),對(duì)密封安裝時(shí)補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的預(yù)緊量、密封結(jié)構(gòu)有無(wú)沖洗死區(qū),沖洗系統(tǒng)是否符合要求,軸套有無(wú)變形毛刺、O型圈與介質(zhì)是否相溶等一系列環(huán)節(jié),進(jìn)行了原因排查。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),導(dǎo)致密封泄漏有以下3個(gè)方面的原因。
足夠的密封沖洗液不僅將密封產(chǎn)生的摩擦熱帶走,還將保證密封各元件在潔凈的環(huán)境下工作。如果沖洗液的流量不夠,將無(wú)法實(shí)現(xiàn)沖洗液的功能,終將導(dǎo)致密封泄漏。
在脫丁烷塔塔底泵中,介質(zhì)流量59.4m3/h、吸入壓力0.49MPa、排出壓力1.035MPa、操作溫度109℃、介質(zhì)密度0.668kg/m3,沖洗線節(jié)流孔板直徑為4mm。根據(jù)流量計(jì)算公式可以得出密封沖洗流量?jī)H為1.05m3/h,小于密封腔實(shí)際所需沖洗液流量1.5~2.0m3/h,不能滿足機(jī)械密封的沖洗要求。
含雜質(zhì)的沖洗液,不僅不能保證密封摩擦副間的潔凈,而且會(huì)將雜質(zhì)帶入到密封摩擦面之間,造成密封面刮擦并出現(xiàn)劃痕,導(dǎo)致密封泄漏。脫丁烷塔塔底泵沖洗介質(zhì)由該泵出口介質(zhì)引入,由于該泵輸送的介質(zhì)中所含組分較多,且不穩(wěn)定,極易形成固態(tài)或晶體,在拆解的機(jī)械密封摩擦副中,發(fā)現(xiàn)大量的雜質(zhì)及結(jié)膠物(見(jiàn)圖3、4),分析認(rèn)為沖洗液不干凈,導(dǎo)致密封失效。
圖3 密封中存在大量雜質(zhì)
圖4 密封面結(jié)膠
脫丁烷塔塔底泵靜環(huán)密封圈材質(zhì)采用的是氟橡膠,通過(guò)查閱 《橡膠密封制品實(shí)用加工技術(shù)》等技術(shù)資料發(fā)現(xiàn),氟橡膠適用的介質(zhì)僅僅是熱油、蒸汽、空氣、無(wú)機(jī)酸、鹵素類(lèi)溶劑,但耐低溫(冬季)和耐酸堿等性能相對(duì)較弱,長(zhǎng)期與腐蝕性較強(qiáng)的堿液接觸,就會(huì)造成密封圈整體溶脹變形、腐蝕變硬、皸裂繼而失彈(見(jiàn)圖5、6),從而失去輔助密封的作用。
圖5 使用前的密封圈
圖6 發(fā)生溶脹變形的密封圈
根據(jù)上述原因分析,采取以下3項(xiàng)處理措施。
為了確定節(jié)流板的合適孔徑,既要滿足沖洗量約1.5~2.0m3/h的要求,又不能過(guò)大導(dǎo)致對(duì)密封面的沖擊造成點(diǎn)蝕,按照下式對(duì)節(jié)流板孔徑重新進(jìn)行校核計(jì)算。
式中,薄壁孔流量系數(shù)Cd=0.62.節(jié)流孔板前后壓差ΔP =0.545×106Pa,介質(zhì)密度ρ=0.668kg/m3,節(jié)流孔面積為A=π(D/2)2m2。
將允許沖洗流量的上下限,帶入以上公式計(jì)算得節(jié)流孔dmin=5.58mm,dmax=6.35mm。為了便于加工,同時(shí)避免流量處于極限附近不穩(wěn)定,節(jié)流板直徑取6mm,然后校核流量為1.876m3/h,符合使用要求。在原有節(jié)流孔板基礎(chǔ)上,將節(jié)流孔直徑由4mm改為6mm(圖7、8)。
圖7 改造后節(jié)流孔板尺寸圖
圖8 改造后的節(jié)流孔板
受設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)情況及工藝條件的限制,無(wú)法改變沖洗介質(zhì)含雜質(zhì)的現(xiàn)狀,同時(shí)也無(wú)法引入其它介質(zhì)(如水)作為沖洗介質(zhì)。
為了解決以上問(wèn)題,從原系統(tǒng)出口管線中增加旁路,引入機(jī)械密封沖洗系統(tǒng),在旁路上設(shè)置2路并聯(lián)管線,分別增加過(guò)濾器,通過(guò)在線壓差儀表監(jiān)測(cè)前后壓差(見(jiàn)圖9)。在前期試用過(guò)程中,兩路過(guò)濾器安裝不同目數(shù)的過(guò)濾網(wǎng),驗(yàn)證最佳的過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)。在后期的使用過(guò)程中,兩路過(guò)濾器安裝相同目數(shù)的過(guò)濾網(wǎng),當(dāng)密封系統(tǒng)沖洗前后壓差增大后,可以在不停機(jī)的情況下,在線更換過(guò)濾網(wǎng),同時(shí)啟用另外一路過(guò)濾器(見(jiàn)圖10)。避免為了清洗過(guò)濾網(wǎng),必須頻繁切泵影響機(jī)械密封的使用壽命。
為了尋找和確定最合適的密封圈材質(zhì),通過(guò)查閱《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》《潤(rùn)滑與密封原理》及《常用工程材料》等技術(shù)資料,發(fā)現(xiàn)丁腈橡膠(UA)、硅橡膠(UK)和填充聚四氟乙烯(PTFE),也可以作為O型密封圈的材料。對(duì)這3種常用的輔助密封圈材料性能進(jìn)行對(duì)比后,選擇比較適用于低溫泵輕烴介質(zhì)的填充聚四氟乙烯,來(lái)作為O型圈材質(zhì),以解決密封圈與輕烴接觸溶脹變形,
繼而失效泄漏的問(wèn)題。
圖9 改造后的工藝流程
圖10 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施效果圖
改造后,脫丁烷塔塔底泵運(yùn)轉(zhuǎn)情況良好,到目前為止還未對(duì)該設(shè)備進(jìn)行檢修,已連續(xù)運(yùn)行12個(gè)月,達(dá)到改造目標(biāo)。此次改造,節(jié)約配件費(fèi)、人工費(fèi)和停工減產(chǎn)物料費(fèi)共計(jì)35.84萬(wàn)元/年,經(jīng)濟(jì)效益顯著。通過(guò)改造,解決了脫丁烷塔塔底泵密封泄漏的故障,消除了安全隱患,確保了設(shè)備長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行,具有較好的社會(huì)效益。
此次改造經(jīng)驗(yàn)可以推廣到其他類(lèi)似機(jī)泵密封的改造上,為以后處理類(lèi)似問(wèn)題提供依據(jù)。此次改造,僅就設(shè)備本身采取了相應(yīng)的改進(jìn)措施,通過(guò)工藝操作優(yōu)化,避免出現(xiàn)超負(fù)荷、氣蝕等非正常工況,可進(jìn)一步延長(zhǎng)機(jī)泵使用壽命。
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