炼化企业高温泵密封泄漏原因分析及改进措施

摘要：本文在对典型的机泵故障进行原因分析，主要原因为：密封波纹管失效寿命到期；泵的运行状况差振动大造成密封失效；操作波动、介质等问题引起密封泄漏等原因造成。根据大庆炼化公司高温泵应用实际提出了改进措施，取得了预期的效果。

0 引言

相对于常规工业用泵，石油炼化企业用泵特别是高温热油泵上机械密封是最脆弱、最容易出故障的部件。近年来炼化企业发生多起高温油泵密封泄漏引导着火事故。因此，做好高温热油泵的技术管理尤其是机械密封的管理，直接关系到炼化企业的安全生产。

据调查在炼化行业用泵的维修中机械密封的维修工作占维修总量的50％左右。大庆炼化公司炼化机械密封费用占全年所有配件费用的40％左右。

大庆炼化公司高温泵主要分布在蒸馏、催化、焦化和加氢车间密封问题是高温泵日常管理的重点及难点。由于波纹管密封具有不使用动态弹性辅助密封大大扩展了使用温度极限和耐蚀范围，弹性原件波纹管在高温下不易失弹，波纹管的独特设计更加适应泵轴的径向和轴向跳动等。鉴于以上特点，大庆炼化公司高温泵波纹管密封全部普及，高温热油泵密封厂家主要是丹东克隆和西安永华，占80％以上。经过不断摸索目前大庆炼化公司的高温泵密封运行周期至少能达到8000h以上，有的能达到25000h以上。密封故障率较高的机泵主要集中在减底泵和常底泵上。

1 高温泵故障原因分析

1.1 密封波纹管失效寿命到期

YH604、YH609波纹管为AM350或INCONEL718能够承受425℃的高温，但长时间运转后也会失去一些物理特性，其刚度或弹性会慢慢减小。实验和实际应用表明，当波纹管的失弹量超过设计初始压缩量的18％-20％时，整个波纹管机械密封就会发生泄漏。长时间使用中石墨环表面就会析出树脂，摩擦面附近的树脂就会发生炭化，当有钻结剂时会发泡软化，使密封面泄漏增加密封失效。辅助密封件长时间运行也会老化、变硬失弹。常底泵、减底泵、油浆外甩泵、精制油泵和加氢柴油泵密封失效均属于此种情况，这种失效一般不会对装置造成严重后果在检修时对密封进行预防性更换即可。

1.2泵的运行状况差振动大造成密封失效

轴承振动大或轴向间隙变化会导致机械密封摩擦副比压发生变化，长时间振动动静环会过早磨损，导致疲劳失效。2007年6月减底泵15/2密封失效属于此种情况。在2005年催化改造后由于设计原因泵208等入口管线振动比较大，导致泵运行状况比较恶劣：

（1）联轴器破损、轴承箱故障、轴承故障等原因造成泵振动大；

（2）加工高酸原油、叶轮腐蚀、叶轮滚键等都会造成动平衡破坏引起泵振动超标，这种情况在减底15＃泵、减三21＃泵均发生过；

（3）设备老化如常底3#泵，减底15＃泵引起泵振动大，密封运行条件恶劣。这些因素都会影响密封的使用寿命而且不容忽视。

针对以上问题2008年对回炼油泵208等入口管线增加了弹性支撑；2009年检修过程中对机泵进行了更新，过流部件材质升级解决了叶轮腐蚀破坏、设备老化等问题；2010年4月在焦化、加氢增上了油雾系统，大大减少了轴承故障率。日常工作中注意泵的振动状态增加机泵群状态监测系统，振动超标应马上联系解决。

1.3操作波动、介质等问题引起密封泄漏

装置在低负荷运行时工况变化幅度大，会发生典型的抽空密封泄漏。操作波动引起介质中催化剂超标会加速密封的磨损导致密封过早失效。在开停工过程中蒸汽吹扫、介质成分变化等会造成辅助密封圈失效。对于含腐蚀介质的备用泵，由于腐蚀介质长时间积聚会腐蚀胶圈。解决此类问题主要是严格控制工艺操作做好开停工过程中的机泵保护，做好日常备用泵的维护。

1.4密封冲洗冷却不当造成密封过早失效

冲洗和冷却是延长密封寿命手段中不可分割的一部分。冲洗一方面可以降低密封腔中的摩擦热、搅拌热，降低密封端面温度保证摩擦面流体膜的稳定；另一方面可以防止杂质在密封腔中的积聚，保证波纹管的良好性能。冷却可间接地将热量带走。鉴于高温的特点，介质为340℃以上钻度大密封结焦是必然现象，结焦严重，导致波纹管补偿失效介质外泄。硬质合金在局部高温下会发生热裂，密封冷却、冲洗系统中的介质类型、冲洗方式和流量的大小不合适都可能引起密封端面的热裂。

大庆炼化公司高温泵冲洗主要采用外冲洗，介质有蜡油和柴油，减底、常底、减三泵采用蜡油回炼油泵和油浆泵采用柴油，其中，减底泵冲洗液不注入泵体，采用循环闭路冲洗。冷却为背冷从静环的背面送到摩擦副的内表面，目前均采用软化水焦化蜡油泵采用急冷蒸汽。2006年以前，回炼油泵208、油浆泵209,减三泵21密封泄漏比较频繁。2007年以前，焦化辐射进料泵冷却水用的是新鲜水，由于新鲜水含有无机盐类在80℃容易结晶，形成水垢，水垢使冷却通道变窄冷却效果下降，盐类继续结晶形成恶性循环，最终堵塞动环与轴套通道，波纹管内圈积垢波纹管补偿量下降端面比压降低，最终导致密封泄漏。2008年将机泵冷却水由新鲜水改为软化水后，机封故障率大大降低。

1.5密封设计选型原因

由于实际工况变化、机泵更新等原因，密封在设计选型方面需要不断改进，有时需要多次试验，才能达到理想效果。

以异构HDT进料泵为例。此泵以前用的是进口密封，由于价格昂贵，2007年对出口端密封进行了国产化改造。首先采用的是旋转式结构，但使用效果不理想。后来经过详细分析，厂家重新设计改为静止式，运行效果良好。YH609系列为旋转式波纹管这种密封尤其独特的特点。由于波纹管旋转可利用自身的离心力将介质甩出，具有一定的自清洁能力，能够避免高温高粘度结焦，但也有其自身的缺点，旋转件每转一周都必须弯曲，以调节轴与密封腔的不同心，这样密封运行稳定性差密封面容易出现大于接触面积磨损。而YH604系列为静止式密封，只需在安装时一次弯曲就可以调节轴与密封腔的偏差，减少了密封本身的运动密封端面稳定并保持紧密接触，最大程度地延长了维修周期。