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[摘 要]本文主要分析了机械密封泄露原因，介绍了串联式干气密封改造方案，串联式干气密封的优点及干气密封监测系统。
[关键词]机械密封 离心泵 串联式干气密封 改造
中图分类号：TN820.2+1 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）04-0583-01
前言
EP-1672是大庆石化公司化工一厂裂解车间新区精馏装置脱丁烷塔回流泵，所输送的介质为丁烷，易燃易爆。该泵轴封为单端面金属波纹管机械密封，采用自身冲洗。自EP-1672投用以来，机封寿命短，经常发生泄露，污染生产环境，影响设备的正常运转，危及操作人员生命安全。为此，对其进行高危泵干气密封改造。
一、机械密封泄露原因分析
金属波纹管机械密封泄露的因素很多，但泄漏点主要有四处：
A、动、静环间；B、动环与轴或轴套间；C、密封端盖与泵体间；D、对静环与密封盖间。
如图1，一个机械密封必须密封住一个动密封点A和3个静密封点B、C、D。
1、动密封点的泄露
多次对机泵检修时发现机械密封金属波纹管失效及动静环端面都有不同程度的磨损，这也是该泵长期泄露的最主要原因。造成动密封点泄露的原因如下：
1）由于裂解系统紧急开停工造成焦粉进入密封腔内，把金属波纹管黏住，使其失去弹性；
2）由于腐蚀而引起的机械密封失效，金属波纹管在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂，造成机械密封失效；
3）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面磨损或分离；
4）丁烷中有颗粒状物质，运转中进人动静环端面，造成密封面磨损；
5）丁烷易于挥发，介質的低于饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑，产生干摩擦，损坏密封端面；
6）机械密封的平衡程度β也影响着密封的磨损。一般情况下，平衡程度β=75%左右最适宜。β75%，磨损量虽然降低，但泄漏增加，密封面打开的可能性增大。对于高负荷（高PV值[1]）的机械密封，由于端面摩擦热较大，β一般取65%～70%为宜，对低沸点的烃类介质等，由于温度对介质气化较敏感，为减少摩擦热的影响，β取80%～85%为好。
2、静密封点的泄露
1）由于长时间使用，密封胶圈老化，造成机封泄露；
2）密封圈材料选择不当，溶胀失弹；
3）动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；
4）密封圈活动处有腐蚀点；
5）由于操作不当，造成温度、压力骤变，超过密封圈的材质使用范围，造成密封胶圈失效。
3、装配不当造成的泄露
1）动、静环接触表面不平，安装时碰伤、损坏；
2）动、静环V型密封圈方向装反，或安装时反边；
3）金属波纹管转向不对；
4）密封腔端面与轴垂直度不够。
二、干气密封的改造
1、串联式干气密封改造方案
通过对该离心泵原密封尺寸及工艺分析，将原单端面机械密封改为串联式干气密封，并使原设备结构不改变。如图2所示，改造后的干气密封为集装式结构。 该串联式干气密封，第一级为平衡型机械密封，密封介质为碳四，入口压力：0.345MPa，出口压力：1.242 MPa，转速：2950r/min，温度：38℃；第二级为干气密封，密封介质为干净氮气，氮气压力为0.07Mpa左右。由于干气密封端面上加工有单向螺旋动压槽，因此，该密封只能单向旋转。同时该干气密封有一控制系统，对密封进行实时监测，为机泵长期运行提供保障。
2、串联式干气密封优点
正常情况下，机械密封作为主密封起作用，干气密封为辅密封。串联式干气密封有以下三个优点：（1）密封气提高主密封的背压，减少密封面的磨损，极大地延长了主密封的使用寿命；（2）当主密封失效时，干气密封可以短时间起到备用密封的作用，防止意外事故的发生；（3）串联式干气密封为集成式密封，安装简单，不容易发生由于装配不当造成的机封失效的问题。
3、密封监制系统
该控制系统为箱式结构，如图3，密封监制系统由密封过滤单元和泄露监测单元组成，所有部件集装在系统箱内。系统箱与支架用4×M12的螺钉连接，系统箱置于泵体附近，支架用4×M12的膨胀螺栓与地面连接牢固。
3.1 密封过滤单元
过滤单元由球阀、过滤器减压阀、孔板、流量计及单向阀组成。球阀控制氮气进入系统，经过滤器减压阀过滤氮气，调节氮气压力至工作压力，经孔板调节流量进入干气密封和主密封气形成的密封腔。
3.2 泄露监测单元
泄露监测单元由球阀、压力表、压力开关、节流孔板及单向阀组成。压力表监测主密封的使用情况，节流孔板节流，使密封腔建立0.07Mpa的压力，最后经过单向阀把氮气和主密封泄露的介质排向火炬。
3.3 密封的监测
利用干气密封监控系统，当发生泄露时，中控室DCS画面可发出报警（报警值如表1），显示串级干气密封各点泄露情况：（1）若密封气出口压力显示过低，表明外侧干气密封泄露过大；（2）若干气密封腔出口压力长时间显示高于0.07 Mpa，当达到警戒压力0.12Mpa时，压力开关发出高报警信号，表明内测密封泄露过大，可视现场情况决定是否拆机检查；（3）若密封气进气管线压力显示值过低，低于0.2 Mpa，达到0.15 Mpa时，表明密封气源压力过低，提醒操作者注意检查气源压力。
结束语
EP-1672泵经过一年的运转， 机泵运转平稳， 密封效果良好，监控性强，故障率下降90%，大幅度地削减维护成本。从安全环保角度看， 改造后机泵不会向环境泄露易燃易爆气体，有利于装置的安全生产及人员的生命安全。
参考文献
[1] 闫鹏.浅谈对水泵机械密封的认识[J].中国新技术新产品。2009（4）.
[关键词]机械密封 离心泵 串联式干气密封 改造
中图分类号：TN820.2+1 文献标识码：B 文章编号：1009-914X（2014）04-0583-01
前言
EP-1672是大庆石化公司化工一厂裂解车间新区精馏装置脱丁烷塔回流泵，所输送的介质为丁烷，易燃易爆。该泵轴封为单端面金属波纹管机械密封，采用自身冲洗。自EP-1672投用以来，机封寿命短，经常发生泄露，污染生产环境，影响设备的正常运转，危及操作人员生命安全。为此，对其进行高危泵干气密封改造。
一、机械密封泄露原因分析
金属波纹管机械密封泄露的因素很多，但泄漏点主要有四处：
A、动、静环间；B、动环与轴或轴套间；C、密封端盖与泵体间；D、对静环与密封盖间。
如图1，一个机械密封必须密封住一个动密封点A和3个静密封点B、C、D。
1、动密封点的泄露
多次对机泵检修时发现机械密封金属波纹管失效及动静环端面都有不同程度的磨损，这也是该泵长期泄露的最主要原因。造成动密封点泄露的原因如下：
1）由于裂解系统紧急开停工造成焦粉进入密封腔内，把金属波纹管黏住，使其失去弹性；
2）由于腐蚀而引起的机械密封失效，金属波纹管在应力与介质腐蚀的共同作用下易发生破裂，造成机械密封失效；
3）操作中，因抽空、气蚀、憋压等异常现象，引起较大的轴向力，使动、静环接触面磨损或分离；
4）丁烷中有颗粒状物质，运转中进人动静环端面，造成密封面磨损；
5）丁烷易于挥发，介質的低于饱和蒸汽压力，使得端面液膜发生闪蒸，丧失润滑，产生干摩擦，损坏密封端面；
6）机械密封的平衡程度β也影响着密封的磨损。一般情况下，平衡程度β=75%左右最适宜。β75%，磨损量虽然降低，但泄漏增加，密封面打开的可能性增大。对于高负荷（高PV值[1]）的机械密封，由于端面摩擦热较大，β一般取65%～70%为宜，对低沸点的烃类介质等，由于温度对介质气化较敏感，为减少摩擦热的影响，β取80%～85%为好。
2、静密封点的泄露
1）由于长时间使用，密封胶圈老化，造成机封泄露；
2）密封圈材料选择不当，溶胀失弹；
3）动、静环密封圈尺寸有误、损坏或未被压紧；
4）密封圈活动处有腐蚀点；
5）由于操作不当，造成温度、压力骤变，超过密封圈的材质使用范围，造成密封胶圈失效。
3、装配不当造成的泄露
1）动、静环接触表面不平，安装时碰伤、损坏；
2）动、静环V型密封圈方向装反，或安装时反边；
3）金属波纹管转向不对；
4）密封腔端面与轴垂直度不够。
二、干气密封的改造
1、串联式干气密封改造方案
通过对该离心泵原密封尺寸及工艺分析，将原单端面机械密封改为串联式干气密封，并使原设备结构不改变。如图2所示，改造后的干气密封为集装式结构。 该串联式干气密封，第一级为平衡型机械密封，密封介质为碳四，入口压力：0.345MPa，出口压力：1.242 MPa，转速：2950r/min，温度：38℃；第二级为干气密封，密封介质为干净氮气，氮气压力为0.07Mpa左右。由于干气密封端面上加工有单向螺旋动压槽，因此，该密封只能单向旋转。同时该干气密封有一控制系统，对密封进行实时监测，为机泵长期运行提供保障。
2、串联式干气密封优点
正常情况下，机械密封作为主密封起作用，干气密封为辅密封。串联式干气密封有以下三个优点：（1）密封气提高主密封的背压，减少密封面的磨损，极大地延长了主密封的使用寿命；（2）当主密封失效时，干气密封可以短时间起到备用密封的作用，防止意外事故的发生；（3）串联式干气密封为集成式密封，安装简单，不容易发生由于装配不当造成的机封失效的问题。
3、密封监制系统
该控制系统为箱式结构，如图3，密封监制系统由密封过滤单元和泄露监测单元组成，所有部件集装在系统箱内。系统箱与支架用4×M12的螺钉连接，系统箱置于泵体附近，支架用4×M12的膨胀螺栓与地面连接牢固。
3.1 密封过滤单元
过滤单元由球阀、过滤器减压阀、孔板、流量计及单向阀组成。球阀控制氮气进入系统，经过滤器减压阀过滤氮气，调节氮气压力至工作压力，经孔板调节流量进入干气密封和主密封气形成的密封腔。
3.2 泄露监测单元
泄露监测单元由球阀、压力表、压力开关、节流孔板及单向阀组成。压力表监测主密封的使用情况，节流孔板节流，使密封腔建立0.07Mpa的压力，最后经过单向阀把氮气和主密封泄露的介质排向火炬。
3.3 密封的监测
利用干气密封监控系统，当发生泄露时，中控室DCS画面可发出报警（报警值如表1），显示串级干气密封各点泄露情况：（1）若密封气出口压力显示过低，表明外侧干气密封泄露过大；（2）若干气密封腔出口压力长时间显示高于0.07 Mpa，当达到警戒压力0.12Mpa时，压力开关发出高报警信号，表明内测密封泄露过大，可视现场情况决定是否拆机检查；（3）若密封气进气管线压力显示值过低，低于0.2 Mpa，达到0.15 Mpa时，表明密封气源压力过低，提醒操作者注意检查气源压力。
结束语
EP-1672泵经过一年的运转， 机泵运转平稳， 密封效果良好，监控性强，故障率下降90%，大幅度地削减维护成本。从安全环保角度看， 改造后机泵不会向环境泄露易燃易爆气体，有利于装置的安全生产及人员的生命安全。
参考文献
[1] 闫鹏.浅谈对水泵机械密封的认识[J].中国新技术新产品。2009（4）.