丙烯酸酯裝置機泵機械密封泄漏原因與改進

2013-10-20 曾國海中國石油吉林石化公司電石廠

　　針對丙烯酸酯裝置運行中機械密封泄漏的原因進行了分析，幾年來持續對機械密封加以改進，延長了機泵正常運行的周期，企業取得較大的收益。

　　吉林石化公司電石廠丙烯酸酯裝置1992年投料開車，擁有轉動機械341臺，其中有140臺軸封為機械密封。機泵軸封泄漏是影響裝置長、滿、優運行的重要因素，減少機泵泄漏延長機泵運轉周期是設備維護的主要工作。丙烯酸酯生產系統復雜，多為負壓操作，且物料容易自聚合，對機泵密封要求較高，因此在滿足生產需要的前提下，選用適當的機械密封型式和材料十分迫切。

1、機械密封泄漏原因

　　丙烯酸酯生產過程中，由于機泵故障頻繁，特別是軸封泄漏頻次較高，許多機械密封使用期不足3個月，平均每天需檢修2臺泵，甚至新機械密封安裝后不到一小時就發生泄漏，但拆檢機械密封未發現問題，使用時間僅一小時。通過檢查軸的直線度，更換軸承，多次調整機封軸套裝置，改變機封彈簧壓縮量，調整密封系統等一系列措施，仍未能解決泄漏問題，嚴重影響了裝置的長周期運行。

　　查找泄漏原因發現，機封泄漏最頻繁處為精餾單元塔底再沸器泵，通過觀察運行狀況和跟蹤檢修過程，查找了機封泄漏的直接原因。現運行工況為真空負壓操作，目的是降低分餾溫度，常壓條件下苯、水和醋酸的分餾溫度為200℃，真空條件下82.5℃就可以分離。物料特性極易聚合，正常存放溫度為15~30℃，低于15℃結凍，高于30℃聚合。丙烯酸對溫度要求較高。

　　丙烯酸酯裝置約50%的機械密封失效是因聚合物在機械密封中將彈性元件卡死失去彈性，補償彈簧失效，造成泄漏的。丙烯酸物料極易聚合，密封液循環量不足或冷卻效果不好，造成密封腔內溫度過高，物料一旦聚合，在腔內形成一種類似橡膠的聚合物，使彈簧失去作用，進而導致機封泄漏。盡管泵入口安裝了過濾器，但在機械密封腔內仍會聚集大量的聚合物。還有的是因動、靜密封環磨損，靜環止動口開裂，密封的摩擦副在磨損后得不到有效的補償，造成密封失效。再有一部分是輔助密封圈磨損失效，造成泄漏。工藝條件為真空負壓操作，壓力稍有波動，泵就會斷料。如果斷料，機械密封的輔助沖洗液就會停止，機封產生干磨。泵運行速度為2900rpm/min，機封很快會磨損，磨損后的機封往里漏氣，從而破壞真空，真空一旦被破壞，更加速了生產波動，機泵泄漏，嚴重影響周圍環境。

　　密封端面潤滑不良是機封泄漏的另一原因。密封液量不足或冷卻效果不好，造成密封腔內溫度過高，是機泵泄漏的又一主要原因。機械密封的輔助沖洗系統非常重要，它可有效地保護密封面，起到冷卻、潤滑、沖走雜物等作用。沒有合理地配置輔助沖洗系統，達不到密封效果;有時雖然設計了輔助系統，但由于沖洗液中有雜質，沖洗液流量、壓力不夠，沖洗口位置設計不合理等原因，同樣達不到密封效果。

　　機泵發生振動故障，同樣容易引起機封泄漏。經對機泵解體檢查，發現聯軸器膠塊損壞，電機與泵軸對中不好，軸承有磨損，這是引起機泵振動大、有雜音的主要原因。

2、機械密封的改進措施

　　針對機械密封動靜環密封面易磨損問題，從機械密封使用材料上進行了分析。以前選用的機械密封靜環材質為三氧化二鋁陶瓷，動環材質為純石墨或浸四氟石墨。通過使用觀察，陶瓷對石墨這種材質的機械密封抗熱振性能較差，且介質粘度大，不適合精餾單元塔底再沸器泵上使用。經研究改變機械密封材質，選用碳化硅和浸銻石墨。碳化硅具有摩擦系數低、硬度高、耐磨性好的特點并具有良好的化學穩定性、耐熱性和抗熱振性，浸銻石墨特點是抗彎與抗壓強度高，可達30 MPa和90 MPa，使用溫度可達500 ℃。

　　針對輔助密封圈易發生磨損失效變形，采用了包氟密封圈，該材質可補償范圍寬，回彈性好，靜環安裝后可與機械密封室配合緊密，避免了負壓條件下向系統內泄漏空氣。

　　針對機械密封彈性元件易被聚合物卡死，最有效的途徑是減少聚合物產生。通過定期對機泵入口過濾器進行清理，不僅減少了聚合物產生量，而且改善了機泵運行環境，降低了機泵發生氣蝕的機率，杜絕了氣蝕原因引起的機泵振動。這就避免了機械密封因機泵振動發生泄漏，也避免了機封因斷料發生干磨，造成的泄漏。

　　另外，為使設備盡量適應生產需要，使機泵既防聚合又能在斷料情況下正常運轉，降低機封磨損機率，需加大液體進行沖洗、冷卻和潤滑的力度。采用外配機械密封沖洗液管線，利用其它穩定壓力源將沖洗冷卻液注入密封腔內，加上調節閥門，調節沖洗液流量，避免破壞密封腔內壓力。這就有力地解決了冷卻和斷料兩項問題。由于有沖洗液潤滑，即使在斷料情況下，機械密封也能得到充分潤滑和冷卻，同時帶走聚合物，機械密封不致因干磨而被燒毀。泵的平穩運行，有力地保證了生產操作的平穩運行。

　　在機械密封的結構安裝上，對易產生聚合物和結晶的機泵，采用雙端面機械密封、背對背安裝。再根據物料特性及工藝要求，輔以外沖洗，從而達到冷卻和沖洗的作用。