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催化熱水循環(huán)泵機封頻繁泄漏問題分析及治理

2024-03-25 02:43:26龍,龔文,王
石油化工應(yīng)用 2024年2期
關(guān)鍵詞:機封機泵循環(huán)泵

馮 龍,龔 文,王 楠

(中國石油寧夏石化公司,寧夏銀川 750026)

寧夏石化公司260×104t/a 催化裂化裝置熱水循環(huán)泵主要為反再系統(tǒng)外取熱器汽包(1202-D-118A/B)上水提供循環(huán)動力,該機泵的平穩(wěn)運行關(guān)系到反再系統(tǒng)的安全操作。該熱水循環(huán)泵型號為ZF300-5500,密封沖洗方案為PLAN23,此方案通過機封泵效環(huán)將沖洗水泵送出來,經(jīng)由機封冷卻器冷卻后再進入泵效環(huán)內(nèi),對機封密封面進行潤滑、沖洗、降溫,防止機封密封面出現(xiàn)因沖洗不佳導(dǎo)致的過熱、裂化、動靜環(huán)崩裂泄漏隱患,保障機泵安全平穩(wěn)長周期運行。自2011 年催化裂化裝置開工以來已運行12 年,受限于機封冷卻器器壁、沖洗水盤管外部結(jié)垢、原機封冷卻器循環(huán)水管線較細(xì)等問題,造成熱水循環(huán)泵機封沖洗水冷后溫度偏高,平均為85 ℃,導(dǎo)致機封密封面熱裂化磨損較快,機封出現(xiàn)頻繁泄漏問題,影響機泵的長周期運行及部門MTBF 指標(biāo)。據(jù)統(tǒng)計,自2020 年大檢修投用以來,催化熱水循環(huán)泵已累計檢修更換機封15 余次,平均每次檢修時間約為16 h,檢修次數(shù)頻繁,檢修工作量大,機泵無法滿足裝置長周期安全運行要求[1-2]。

1 機封頻繁泄漏問題分析

針對催化熱水循環(huán)泵機封頻繁泄漏問題,部門進行工藝運行情況及檢維修技術(shù)分析。

1.1 工藝運行情況分析

在催化熱水循環(huán)泵運行過程中,主要存在以下工藝系統(tǒng):沖洗水系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、機封冷卻器流程系統(tǒng)、工藝伴熱系統(tǒng)。

1.1.1 沖洗水系統(tǒng) 本裝置催化熱水循環(huán)泵使用的PLAN23 密封沖洗方案(圖1),該方案普遍應(yīng)用于單端面熱水泵的密封沖洗,沖洗水在密封腔內(nèi)受泵效環(huán)旋轉(zhuǎn)動力,從密封腔流出,經(jīng)外置機封冷卻器冷卻后回到密封端面,對密封進行沖洗、冷卻,屬于自沖洗密封。

圖1 PLAN23 密封沖洗方案

在PLAN23 密封沖洗方案具體應(yīng)用過程中,通過測量發(fā)現(xiàn),每當(dāng)機泵檢修后運行2 個月左右,機封沖洗水冷后溫度便會逐步上升,2 個月后的普遍溫度均在85 ℃左右且進一步上升,在如此高溫的作用下,沖洗水存在汽化現(xiàn)象,造成密封面無法實現(xiàn)自沖洗降溫,動靜環(huán)產(chǎn)生干摩擦,最終導(dǎo)致密封面熱裂破損,即密封失效泄漏。

1.1.2 循環(huán)水系統(tǒng) 本裝置循環(huán)水系統(tǒng)由外部水汽車間將循環(huán)水處理后進行供給,循環(huán)水來路溫度為22 ℃,回路溫度為26 ℃,循環(huán)水壓力在0.25~0.45 MPa。通過定期對催化熱水循環(huán)泵處循環(huán)水導(dǎo)淋進行排污發(fā)現(xiàn)淤泥、雜質(zhì)較多,對循環(huán)水進行化驗,相關(guān)參數(shù)見表1,可見循環(huán)水水質(zhì)較差,部分指標(biāo)超標(biāo)或處于正常偏高狀態(tài)。

現(xiàn)場通過檢查熱水循環(huán)泵循環(huán)水管線,發(fā)現(xiàn)循環(huán)水支路總管管徑為DN25 mm,但在連接機封冷卻器之前卻縮小變徑為DN8 mm。結(jié)合循環(huán)水水質(zhì)較差問題,在縮小管線變徑后,循環(huán)水管線更易發(fā)生堵塞問題,且隨著堵塞問題的發(fā)生會造成循環(huán)水進出機封冷卻器流速、流量進一步下降,最終導(dǎo)致惡性循環(huán),直至徹底堵死管線。當(dāng)循環(huán)水管線失效時,機封冷卻器冷卻效果自然歸零,造成機封沖洗水溫居高不下,導(dǎo)致機封干磨泄漏。

1.1.3 機封冷卻器流程系統(tǒng) 本機泵機封冷卻器流程見圖2,其中循環(huán)水及沖洗水流程均為上進上出,循環(huán)水走殼程,沖洗水走管程蛇形盤管。在長時間使用情況下,循環(huán)水殼程底部就會形成淤泥堆積點,造成機封冷卻器底部淤堵并且冷卻器底部未設(shè)置在線排凝閥門,無法實現(xiàn)在線排污,導(dǎo)致循環(huán)水運行不暢且沖洗水冷卻效果下降的問題。同時,當(dāng)沖洗水冷卻不足,沖洗水溫逐漸飆升,該上進上出的管程流動模式同樣產(chǎn)生氣阻問題,造成沖洗水循環(huán)冷卻效果進一步下降,最終造成機封泄漏。

圖2 機封冷卻器現(xiàn)場流程圖

現(xiàn)場在機封泄漏后進行的檢修作業(yè)中,檢修人員通過拆除機封冷卻器進行排查時,均發(fā)現(xiàn)機封冷卻器底部存在淤泥堵塞情況,同時機封冷卻器沖洗水盤管結(jié)垢嚴(yán)重,而結(jié)垢原因則是沖洗水溫居高不下導(dǎo)致循環(huán)水附著管壁外側(cè)造成結(jié)垢。每次檢修時,都需要對機封冷卻器進行拆開清理,但垢層隨著時間推移逐漸堅固,清理效果逐漸變差,無法完全恢復(fù)機封冷卻器初始冷卻效果。

1.1.4 工藝伴熱系統(tǒng) 本系列機泵在設(shè)計之初便針對現(xiàn)場進行伴熱分布處理?,F(xiàn)場針對機泵循環(huán)水及沖洗水管線均設(shè)置蒸汽伴熱線且包保溫處理,在冬季運行時,由于蒸汽伴熱溫度高達180 ℃,會間接對沖洗水管線進行加熱,導(dǎo)致沖洗水溫度無法下降。但另一方面,投用伴熱可以防止循環(huán)水管線結(jié)冰凍裂,屬于機泵設(shè)備必需工藝附屬系統(tǒng)。

1.2 檢維修技術(shù)分析

通過對此機泵機械密封進行頻繁檢維修,總結(jié)得出,影響機封泄漏的主要因素有:機封冷卻器盤管結(jié)垢、冷卻水管線管徑較小、機封密封面開裂等。

1.2.1 冷卻器盤管結(jié)垢 現(xiàn)場通過拆檢機封冷卻器盤管,發(fā)現(xiàn)蛇形盤管內(nèi)外層均存在嚴(yán)重結(jié)垢、腐蝕等問題。究其原因為本裝置循環(huán)水水質(zhì)較差,且舊機封冷卻器循環(huán)水系統(tǒng)為上進上出模式,循環(huán)水進入冷卻器后通過套管實現(xiàn)下流上出,最終造成盤管及器壁內(nèi)側(cè)產(chǎn)生淤泥結(jié)垢。盤管及器壁所結(jié)垢層導(dǎo)致機封沖洗水換熱效果變差,進而造成機封冷卻器溫度較高,反過來進一步加深了循環(huán)水結(jié)垢現(xiàn)象的產(chǎn)生,變成惡性循環(huán),最終導(dǎo)致垢層越來越厚,換熱效果越來越差。

1.2.2 機封密封面開裂 針對每次現(xiàn)場檢修發(fā)現(xiàn)機封動靜環(huán)密封面均出現(xiàn)裂紋現(xiàn)象,當(dāng)動靜環(huán)密封面產(chǎn)生裂紋,機封立即失效。究其原因為冷卻系統(tǒng)無法滿足密封面的沖洗、降溫、潤滑作用,導(dǎo)致密封面干摩擦、熱裂化,動靜環(huán)崩裂。通過對PLAN23 密封沖洗方案的研究,發(fā)現(xiàn)在機泵啟動時未嚴(yán)格執(zhí)行機封沖洗系統(tǒng)排氣操作,通過該操作可將沖洗管線內(nèi)空氣排出,將沖洗水完全灌入密封腔及沖洗管內(nèi),可有效避免氣阻產(chǎn)生,實現(xiàn)機封正常沖洗。同時,在機泵停止運轉(zhuǎn)時,未對機泵進行降溫盤車操作,導(dǎo)致密封腔內(nèi)循環(huán)液無法實現(xiàn)泵效環(huán)循環(huán),形成局部受熱腔,導(dǎo)致腔內(nèi)循環(huán)液汽化、升壓,最終沖破密封面進行釋壓,損壞密封面。

通過以上分析排查,得出最終影響機封泄漏的根本原因為機封沖洗水溫度較高,主要原因總結(jié)如下:冷卻器結(jié)垢嚴(yán)重、冷卻水管線管徑小流速慢易堵塞、循環(huán)水水質(zhì)差、沖洗水溫度偏高、日常維護不足等。同時,由于循環(huán)水水質(zhì)問題和沖洗水溫度受限于現(xiàn)場的實際運行情況,所以短期內(nèi)無法改變;重點對機封冷卻器及附屬管線進行優(yōu)化,通過對舊冷卻器換熱效率測算分析,結(jié)合機泵使用年限,判斷機封冷卻器已無法滿足當(dāng)前沖洗水的換熱指標(biāo)。

2 治理措施

在日常機泵啟動流程等方面進行優(yōu)化、管控,要求操作工在開泵前嚴(yán)格按照操作卡進行排氣操作,在停機后進行至少2 h 的不間斷盤車操作,同時實測機封溫度,若溫度持久不降,可通過沖洗管線放空閥排出密封腔內(nèi)汽化液體壓力,防止密封面被呲漏。同時,經(jīng)分析判斷當(dāng)前機泵所用機封冷卻器實際上已無法滿足現(xiàn)有工況,從現(xiàn)有機泵運行工況出發(fā),計算設(shè)計將原沖洗水及循環(huán)水的上進上出流向變更為換熱效率更高、結(jié)垢淤堵更少的上下進出方式,同時考慮到當(dāng)前循環(huán)水質(zhì)問題,將換熱面積由0.66 m2擴大至0.90 m2、循環(huán)水管徑由DN8 mm 擴大至DN20 mm,同時對沖洗管線和機封冷卻器安裝在線排凝排氣附件等改造措施。

2.1 改造措施

此項改造措施所采用的新型機封冷卻器由中密廠家提供,型號為CMGR-09,見圖3,通過更換新型、換熱效率更高的機封冷卻器來確保機封效果更佳,保障機泵長周期運行。

圖3 CMGR-09 機封冷卻器圖

2.2 現(xiàn)場實際應(yīng)用

新型機封冷卻器為豎直放置,其頂部分別設(shè)置V、CO、FI 口,其底部分別設(shè)置CI、D、FO 口(圖3)。在準(zhǔn)備檢查措施確認(rèn)無誤后,方可準(zhǔn)備機泵啟動前的其他相關(guān)工作。當(dāng)機泵運轉(zhuǎn)后,機封沖洗水出口溫度會隨之升高,觀察記錄變化趨勢。在機泵運轉(zhuǎn)或停運期間,班組日常接設(shè)備員指示對機封冷卻器系統(tǒng)進行相應(yīng)維護,主要針對循環(huán)冷卻水淤泥堵塞問題進行現(xiàn)場疏通。需要現(xiàn)場打開冷卻器罐底排凝閥,排除淤泥雜質(zhì)后關(guān)閉閥門,打開罐頂排氣閥,待見循環(huán)水后關(guān)閉閥門即可。巡檢主要注意機封冷卻器運行是否正常,外觀是否存在泄漏,機封運行是否正常,機封沖洗水冷后溫度是否平穩(wěn)且無異常上漲。

2.3 改造效果評價

本次改造于2023 年4 月26 日投用,現(xiàn)場檢查機泵運行正常,機封冷卻器運行正常。實測機封沖洗水冷后溫度為35 ℃,相較改造之前的沖洗水冷后溫度下降50 ℃。通過實測機封冷卻器溫度發(fā)現(xiàn)改造后機封沖洗水冷后溫度均可控制在45 ℃以下,并且漲幅并不明顯,機封實際運行效果良好。

3 結(jié)語

通過對催化熱水循環(huán)泵機封頻繁泄漏問題的分析及有效治理,通過技術(shù)改造及日常維護管控等多種手段,目前機封運行效果良好,有效保障熱水循環(huán)泵安全長周期運行,同時解決了部門頻繁檢修問題隱患。

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