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渣油原料泵密封泄漏原因分析及改造

2017-03-21 08:19:38劉廷玉
流體機械 2017年6期
關(guān)鍵詞:渣油單向閥結(jié)焦

劉廷玉

1 前言

某石化企業(yè)渣油加氫裝置有2個系列,使用3臺渣油進料泵,其中1臺為兩系列的共同備用泵,該泵為BB5系列,配置進口的雙端面密封。

2014年6月23日巡檢時發(fā)現(xiàn)PLAN54系統(tǒng)油站油箱中的導熱油變黑,在6月24日A位號泵非驅(qū)動端機封發(fā)生了外漏,泄漏出來的介質(zhì)顏色已經(jīng)變黑,證明封油系統(tǒng)已經(jīng)被污染,泄漏的渣油已進入到封油系統(tǒng)。6月24日至7月10日這3臺泵密封輪流出現(xiàn)了泄漏。

2 密封泄漏現(xiàn)象及密封解體檢查

3臺渣油進料泵密封頻繁泄漏,從泄露部位可知,均為驅(qū)動側(cè)密封發(fā)生外漏;從泄漏量來看,開始泄漏量比較小,接著逐漸變大,直至最后呈噴射狀泄漏;從運行時間來看,更換的密封運行時間較短,有些密封甚至運行時間不到10 h就發(fā)生噴漏;從泄漏的介質(zhì)來看,都是被渣油污染了的封油,且溫度已超過100 ℃。為徹底查清密封泄漏原因,避免該泵經(jīng)常發(fā)生泄漏故障,對更換的密封進行解體檢查,并對密封系統(tǒng)進行拆檢。發(fā)現(xiàn)有以下現(xiàn)象:

(1)外密封腔體結(jié)焦比較嚴重。被污染的封油充滿了外密封腔體,導致外密封腔結(jié)焦。

(2)介質(zhì)端波紋管的外側(cè)結(jié)焦,內(nèi)側(cè)未結(jié)焦;大氣端波紋管內(nèi)外側(cè)都已結(jié)焦。

(3)密封大氣端靜環(huán)(波紋組件)端面結(jié)焦。

(4)軸套部位也有結(jié)焦。

(5)封油管線上的單向閥閥芯結(jié)焦。

根據(jù)密封解體及系統(tǒng)檢查情況,可以確定介質(zhì)端密封發(fā)生了泄漏,由于封油壓力沒有封住泄漏的渣油,從而使泄漏的渣油進入封油系統(tǒng),直接導致封油系統(tǒng)受到污染。混有渣油的封油系統(tǒng),通過冷卻后再次進入密封外腔體,致使密封內(nèi)、外端的波紋管產(chǎn)生結(jié)焦,密封動靜環(huán)端面結(jié)垢,波紋管的補償能力減弱或失去彈性,造成大氣端的波紋管密封從滲漏到滴漏直到最后封油呈噴射狀泄漏。

3 泄漏原因及試驗分析

該泵采用PLAN54+61沖洗方案,運行關(guān)鍵參數(shù)見表1,PLAN54運行關(guān)鍵參數(shù)見表2。

表1 渣油泵運行關(guān)鍵參數(shù)

表2 PLAN54運行關(guān)鍵參數(shù)

封油壓力理應(yīng)高于密封腔的壓力0.1~0.2 MPa,如果發(fā)生泄漏,正常情況下,只可能會有2種情況:(1)封油內(nèi)漏,跟隨介質(zhì)進入泵體;(2)封油外漏,則觀測到泄漏的是系統(tǒng)中的封油。這2種情況都不會污染密封沖洗油系統(tǒng),而導致惡性泄漏發(fā)生。根據(jù)現(xiàn)場拆檢的實際情況,密封泄漏的原因是由于介質(zhì)(高溫渣油)進入密封腔造成波紋管結(jié)焦,密封面結(jié)垢,密封沖洗油系統(tǒng)溫度升高,密封面冷卻不足,端面散熱差,從而引起機械密封失效。由于封油的壓力(進密封腔體的就地壓力表顯示為0.82 MPa)高于密封腔的壓力,密封腔沒有設(shè)置就地壓力表,但對于BB5型泵的密封腔壓力為泵入口壓力0.45 MPa[1],發(fā)生介質(zhì)泄漏到密封系統(tǒng)只可能是密封系統(tǒng)失效。為此,針對密封系統(tǒng)進行了2個試驗。

3.1 試驗確定密封腔體的壓力

密封腔體的壓力由該泵入口壓力和平衡管確定,該泵沒有設(shè)置入口就地壓力表,根據(jù)該泵的工藝流程,其介質(zhì)慮后原料油從反應(yīng)塔頂過來,塔頂?shù)膲毫?.38 MPa,塔頂?shù)皆摫酶叨炔罴s12 m,則泵實際入口壓力理論值應(yīng)約為0.5 MPa。密封腔的壓力由泵入口壓力與平衡管壓力共同決定[2~11],粘稠的渣油在低溫時容易粘住平衡管,造成平衡管堵塞。由于平衡管在泵底部,施工空間狹窄,拆裝困難。通過拆開泵兩端密封,在驅(qū)動側(cè)密封腔引入低壓氮氣,通過監(jiān)測非驅(qū)動側(cè)氮氣量的大小,檢查平衡管是否有堵塞,進一步確認了密封腔壓力。實際試驗時,驅(qū)動側(cè)引入0.6 MPa儀表風,在非驅(qū)動側(cè)監(jiān)測到約有0.3 MPa的壓力,證明平衡管沒有堵塞,密封腔壓力正常。

3.2 試驗確定密封沖洗油在密封腔內(nèi)的壓力

PLAN54系統(tǒng)的密封油經(jīng)過入口流量計、壓力表、單向閥,進入密封腔進行沖洗冷卻后再通過出口單向閥、孔板回到?jīng)_洗油站。該泵運行過程中檢查沖洗油管入口壓力表指示為正常(0.8 MPa),由于沖洗油回油管經(jīng)過孔板直接回油箱,沒有設(shè)置壓力表,故不能判斷密封沖洗油壓力在密封腔是否有足夠的壓力,因此需通過試驗確定密封沖洗油在密封腔的壓力。將原來密封沖洗油回油管線上單向閥改裝成壓力表,將新密封裝好后,泵入口閥關(guān)閉,打開密封油進油閥,檢查壓力表壓力。

(1)當孔板孔徑為6 mm時,壓力P1=0.85 MPa,壓力 P2=0.2 MPa

(2)當孔板孔徑為4 mm時,壓力P1=0.85 MPa,壓力 P2=0.4 MPa

(3)當孔板孔徑為2.7 mm時,壓力P1=0.85 MPa,壓力 P2=0.8 MPa

根據(jù)2次試驗結(jié)果,密封腔體的壓力正常,如果泵入口壓力發(fā)生波動時,密封腔體的壓力也會隨著波動。而當密封油回油管孔徑為6 mm時,密封油在密封腔體的壓力小于密封壓力。高壓側(cè)密封一泄漏,介質(zhì)渣油就會竄入封油系統(tǒng),進而對封油系統(tǒng)進行污染,低壓側(cè)密封由于介質(zhì)在密封面結(jié)焦而泄漏。

4 處理措施

4.1 置換密封沖洗油

雖然封油系統(tǒng)已經(jīng)被污染,由于3臺泵共用一個沖洗油站,裝置在運行過程中,不能將原料油泵停機進行清洗油站,只能采取置換沖洗油的辦法,即先將油箱中受污染的沖洗油抽到一個比較低位置,但是不會影響密封沖洗油泵的正常運行,然后再加注新的46號透平油,每次置換油前,在油過濾器進行采樣靜置,以便進行油品分析,通過分析,多次進行置換新油。

4.2 密封油管線吹掃

由于受到渣油污染的密封沖洗油在密封沖洗管路中流動,導致沖洗管線部分地方結(jié)焦,密封油運行不暢。在更換密封過程中,在密封回油箱法蘭處、進密封腔位置加設(shè)臨時盲板,將所有的密封沖洗管線、單向閥閥座使用蒸汽進行吹掃。

4.3 密封沖洗油孔板、單向閥改造

在檢查了密封沖洗油的進油流量、壓力后,拆除了密封油管線上的所有單向閥,且將機械密封封油回油孔板P-102A改為3.0 mm、P-102B改為2.7 mm、P-102C改為2.5 mm,確保了單路供油設(shè)計值為10.5 L/min。同時增加密封腔壓力監(jiān)測表,隨時監(jiān)控密封腔體的壓力。

4.4 增加PLAN62密封方案

渣油進料泵密封方案只選用PLAN54方案可能不完善,從密封拆檢情況看,前密封面較好,后密封面有不同程度磨損、結(jié)焦,是密封失效的主要原因。增加PLAN62密封方案,能夠有效防止后大氣端波紋管內(nèi)部結(jié)焦,保證密封長周期運行。

4.5 增加沖洗油箱冷卻

由于密封油回油溫度超過設(shè)定值,說明雙端面機械密封在運行過程中產(chǎn)生了較大的熱量,如果回油溫度較高,說明密封冷卻效果不好,另外密封系統(tǒng)提供的冷卻器效果不好。對此,通過在密封油箱上面增加一條冷卻水線直接對密封油箱進行冷卻,用以降低密封油溫度,增大沖洗效果。

通過對該系統(tǒng)進行了以上改造后,目前該泵運行良好,并且密封腔壓力以及密封油系統(tǒng)壓力都可以隨時查看。

5. 結(jié)論

(1)必須準確控制密封油壓力。因為一般PLAN54系統(tǒng)是供多臺泵多套密封使用,一旦系統(tǒng)受到污染,將有多套密封受到污染,引起密封泄漏,而且密封系統(tǒng)油箱沒有備用,裝置不停,則不能進行置換,故不能徹底清理干凈,為泵、裝置長周期運行帶來了隱患。

(2)保證密封沖洗油的連續(xù)性。密封油入口設(shè)置單向閥是為防止渣油介質(zhì)大面積泄漏時,反竄入密封系統(tǒng),造成密封系統(tǒng)的污染,但如果單向閥發(fā)生卡涉或卡死,則會引起密封油中斷,PLAN54就會失效,因此單向閥的選擇必須要合適,或者不要單向閥。

(3)要求該方案的操作平穩(wěn),盡量避免入口壓力有較大的波動,要維持密封油壓力與密封腔壓力的差值為正值。由于泵的長時間振動超標或者泵短期劇烈振動,對密封使用壽命或運行狀態(tài)影響比較大,要防止抽空,避免汽蝕。

(4)對于關(guān)鍵的幾臺泵使用PLAN54時,為防止出現(xiàn)的意外情況,可適當增加一個備用油站,以便在緊急狀態(tài)下可隔離出來進行徹底清掃。

[1] API 610-2010 第11版 石油石化及天然氣工業(yè)用離心泵[S].2010.

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