于洋洋，阿拉·涅夫佐洛娃А.Б. Невзорова，格里戈里·彼得里辛Г.В. Петришин

（1. 浙江石油化工有限公司，浙江 舟山 316200； 2. 戈梅利國立技術(shù)大學(xué)，白俄羅斯 戈梅利 220050）

浙江石油化工有限公司4 000 萬t/a 煉化一體化項目二期兩套350 萬t/a 柴油加氫裂化裝置，由中國石化洛陽工程有限公司設(shè)計。該裝置采用UOP 公司提供的固定床兩段式全循環(huán)柴油加氫裂化技術(shù)。裝置以直餾柴油、催化柴油、漿態(tài)床渣油裂化柴油和石腦油為原料，主要生產(chǎn)重石腦油，副產(chǎn)輕石腦油。裝置由反應(yīng)部分（含兩段反應(yīng)部分、循環(huán)氫脫硫、循環(huán)氫壓縮機）、新氫壓縮機部分、分餾部分、輕烴回收部分、產(chǎn)品精制部分組成。

進(jìn)料泵作為加氫裝置核心設(shè)備，為裝置反應(yīng)部分提供高壓原料，一般選用高壓、多級BB5 型機泵，機封主要采用雙端面機械密封結(jié)構(gòu)形式，機封沖洗方案多為PLAN53+21 或PALN53+32 等。

1 機封失效情況描述及拆解檢驗

1.1 機封失效情況描述

該裝置二段加氫進(jìn)料泵共有2 臺（1 開1 備），其作用是將分餾塔底物料按照一定比例返回進(jìn)入二段進(jìn)料泵， 進(jìn)一步進(jìn)行裂化反應(yīng)，從而達(dá)到更好的轉(zhuǎn)化率。該泵設(shè)計運行工況如表1 所示：

表1 二段加氫進(jìn)料泵運行工況表

該泵自2021 年裝置投入生產(chǎn)運行后，多次發(fā)生機封失效問題，機封失效現(xiàn)象均為現(xiàn)場外漏，外漏介質(zhì)為機封沖洗介質(zhì)，泄漏速率由最初的（10～20）滴/分鐘在一周內(nèi)逐漸加快至（50～70）滴/分鐘左右并基本穩(wěn)定，機封使用壽命均未達(dá)到設(shè)計壽命，機封失效運行時間情況如表2 所示：

表2 機封失效運行時間情況表

從表2 可以看出，6 次機封失效故障中，前3次的機封使用時間明顯低于后3 次，主要是因為在前期機封失效問題分析中，考慮到原機封冷卻介質(zhì)為白油，在高溫下易發(fā)生結(jié)焦現(xiàn)象，所以將原機封冷卻介質(zhì)由白油更改為導(dǎo)熱油，雖然機封使用壽命得到了明顯提升，但仍大大低于機封設(shè)計壽命，未從根本上解決機封失效問題。

1.2 機械密封拆檢情況描述

從機械密封使用時間情況表中可以看出，機械密封每次失效，都是大氣側(cè)發(fā)生泄漏，對機械密封進(jìn)行拆檢發(fā)現(xiàn)，大氣側(cè)波紋管、補償環(huán)附近存在大量積碳顆粒物，介質(zhì)側(cè)波紋管、補償環(huán)處幾乎未發(fā)現(xiàn)積碳結(jié)焦情況，兩側(cè)對比明顯。大氣側(cè)補償環(huán)環(huán)面有清晰的磨損痕跡和劃痕，疑似結(jié)焦積碳所致。機封大氣側(cè)波紋管、補償環(huán)等部位拆檢情況如圖1及圖2 所示：

圖1 機封拆解-大氣側(cè)波紋管狀態(tài)情況

圖2 機封拆解-大氣側(cè)補償環(huán)狀態(tài)情況

2 機封失效原因分析

2.1 機封結(jié)焦積碳

由械密封摩拆卸情況可以看出，械密封摩大氣側(cè)波紋管、補償環(huán)等部位存在大量結(jié)焦積碳情況，補償環(huán)有明顯的磨損劃痕現(xiàn)象。大氣側(cè)械密封摩泄漏失效直接原因為機封結(jié)焦積碳導(dǎo)致波紋管不能自由進(jìn)行軸向拉伸、壓縮，從而失去彈性，這種情況下，波紋管就不能隨著介質(zhì)壓力的變化而提供相應(yīng)的軸向力，喪失了補償作用，使端面液膜壓減小，造成液膜反壓系數(shù)和端面比壓下降，從而導(dǎo)致機械密封失效，結(jié)焦物質(zhì)導(dǎo)致摩擦副磨損并產(chǎn)生更多熱量，加大械密封摩沖洗系統(tǒng)冷卻介質(zhì)冷卻難度，加速械密封摩泄漏惡化速率。

2.2 密封沖洗系統(tǒng)冷卻效果差

雙端面機械密封隔離液的循環(huán)主要依據(jù)泵送環(huán)及附屬系統(tǒng)虹吸效應(yīng)，而虹吸效應(yīng)又受到隔離液換熱前后的溫度差影響。目前雙端面機械密封的泵送環(huán)多采用“直槽”形式，受到機械密封自身結(jié)構(gòu)空間的影響，泵送環(huán)的泵送效應(yīng)尚無定論，這就體現(xiàn)了在局部受限的情況下，附屬系統(tǒng)的虹吸效應(yīng)尤為重要。雙端面機械密封附屬系統(tǒng)虹吸效應(yīng)與系統(tǒng)的布置存在著直接關(guān)系，如系統(tǒng)高度不足、受空間限制造成管路布置出現(xiàn)的“銳角轉(zhuǎn)彎”，很容易造成系統(tǒng)“排氣難”的問題，導(dǎo)致虹吸效應(yīng)差，密封使用壽命短。通過分析，造成排氣不充分的原因之一為隔離液管路設(shè)計不當(dāng)而容易形成氣阻，影響虹吸效用，隔離液循環(huán)不暢。分析判斷為管路中的90°承插焊彎頭，增加了沖洗介質(zhì)的流通阻力，雙端面機械密封隔離液系統(tǒng)存在氣體集聚產(chǎn)生的氣阻問題，影響隔離液在系統(tǒng)中的循環(huán)效果，加劇惡化隔離液冷卻的效果，這也為波紋管等部位結(jié)焦創(chuàng)造了條件。

3 機封系統(tǒng)改造

3.1 機封結(jié)構(gòu)改造

通過機械密封泄漏部位及拆檢情況分析，原機封結(jié)構(gòu)中，兩端機械密封摩擦副距離較近，易造成機械密封內(nèi)部熱量積聚；同時摩擦副與冷卻介質(zhì)接觸面積較少，不利于摩擦副熱量散失；改機械密封結(jié)構(gòu)中，大氣側(cè)機械密封中氧的存在與初始泄漏的冷卻介質(zhì)接觸，造成冷卻介質(zhì)氧化從而加速大氣側(cè)機械密封摩擦副附近積碳、結(jié)焦顯現(xiàn)的發(fā)展。根據(jù)原機封結(jié)構(gòu)特點，將機封做一下改造：

1）將原“背靠背”式機械密封結(jié)構(gòu)更改為“串聯(lián)式”結(jié)構(gòu)，加大兩段機械密封摩擦副距離，避免兩端摩擦副過近造成熱量嚴(yán)重積聚現(xiàn)象。

2）加大機械密封摩擦副與冷卻介質(zhì)接觸面積，有利于械密封摩熱量被冷卻介質(zhì)帶走，使摩擦副表面溫度控制在合理區(qū)間，避免摩擦副附近超溫產(chǎn)生冷卻介質(zhì)積碳、結(jié)焦現(xiàn)象。

增設(shè)PLAN62 方案，在改造的械密封摩中預(yù)留氮氣吹掃口，使大氣側(cè)機封外側(cè)處于氮氣環(huán)境中，避免空氣中氧氣與泄漏冷卻介質(zhì)接觸，從而延緩械密封摩摩擦副附近的積碳、結(jié)焦發(fā)展趨勢。

3.2 沖洗系統(tǒng)管路改造

由雙端面機械密封冷卻液的循環(huán)原理可知，其冷卻液的循環(huán)主要依靠波紋管轉(zhuǎn)動產(chǎn)生的虹吸效應(yīng)，而管路的流通阻力對冷卻液的流動情況影響較為明顯，原械密封摩冷系統(tǒng)管路中存在兩處90°承插焊彎頭，分別在進(jìn)入機封前管路和排出機封后的管路上，90°承插焊彎頭的存在，增加了械密封摩冷卻介質(zhì)的流通阻力，對機封冷卻效果產(chǎn)生阻礙作用。加大了冷卻液循環(huán)難度。原械密封摩沖洗系統(tǒng)部分管路示意圖如圖3 所示：

圖3 原機封沖洗系統(tǒng)管路部分示意圖

為降低機封沖洗系統(tǒng)內(nèi)介質(zhì)的流通阻力，此次沖洗系統(tǒng)管路改造將原90°承插焊彎頭更改為平滑過渡管線連接，取消原90°承插焊彎頭，同時對管路改造焊接工藝及管路清理做了嚴(yán)格要求。改造后的沖洗系統(tǒng)管路如圖4 所示：

圖4 改造后機封沖洗系統(tǒng)管路部分示意圖

4 結(jié)束語

通過對二段加氫進(jìn)料泵機封泄漏失效問題的原因分析，從機封的結(jié)構(gòu)形式著手，從根本上改善了機封的運行壽命，同時，PLAN62 方案的增加以及機封冷卻系統(tǒng)管路的改造，隔絕了大氣中的氧氣對機封積碳、結(jié)焦現(xiàn)象的加劇效應(yīng)，減少了沖洗介質(zhì)在管路中的流通阻力，保證了機封熱量的有效帶出，從而也起到了延緩機封的積碳速率，進(jìn)一步保證了機封的平穩(wěn)運行。