分析双端面机械密封及冲洗方案在石油化工行业的应用

2022-09-10

在石油化工行业, 其相关设备输送的介质具有较为明显的特殊性, 在介质输送过程中, 泵的良好密封将能保障介质安全输送至目的地。相较于单端面机械密封, 双端面机械密封适用性较强, 可用于输送带有强腐蚀性、存在悬浮颗粒、易挥发低黏度以及易燃易爆等相关介质, 若出现机械密封失效的隐患, 导致介质泄漏, 则不仅对工作人员身体健康、人身安全等造成重大影响, 还对石油化工行业的安全生产产生较为严重的威胁, 出现重大的安全事故隐患, 此外, 因介质的化学特性, 其还会对泄漏区域周围的环境造成污染。为保障石油化工行业中高温重油泵的安全运行, 改善其机械密封的泄漏状况, 相关的大型石化公司及重点高校根据这一目的开展了新型机械密封设计的研究工作, 并对其实际应用作了简要的分析。

1 机械密封失效分析

机械密封失效的机械密封动静环密封端面间的摩擦工况, 是影响机封密封寿命的主要因素。油浆泵安装运行期间, 机封密封存在以下几种失效:

1.1 安装不当造成机械密封泄漏

安装机械密封时压缩量过大, 导致摩擦副端面严重磨损、擦伤;动环密封圈过紧, 弹簧无法调整动环的轴向浮动量;静环密封面过松, 当动环轴向浮动时, 静环脱离静环座。

1.2 由于密封端面失去润滑油膜而造成机械密封泄漏

因端面密封载荷的存在, 在密封腔缺乏液体时启动泵而发生干摩擦, 造成机封泄漏;介质压力低于饱和蒸汽压力, 使得密封端面液膜发生闪蒸, 丧失润滑, 造成机封泄漏。

1.3 机封冲洗造成机械密封泄漏

油浆泵机械密封辅助冲洗系统要保障机封冷却系统冲洗液持续供给, 防止端面冲洗液中断, 油浆泵运行过程中冲洗液中断, 使密封端面温度升高, 润滑膜闪蒸而降低密封端面的润滑, 从而加剧磨损, 造成机械密封泄漏。

2 双端面机械密封结构及其实际应用分析

新型双端面机械密封设计有别于普通接触式波纹管机械密封, 是对高温重油泵机械密封及其辅助系统的技术改造。因渣油的温度特别高、其密度与粘度较大、油品酸值较高, 但其凝固点较低, 若预热不充分, 粘稠介质将会包裹住机械密封的动静环以及弹性体。在机泵运转时, 则会出现波纹管呈现出扭曲状态, 致使动静环脱离设备, 进而发生介质泄漏事故;当高温介质闯入密封腔后, 则会促使密封面出现裂纹泄漏;若渣油酸值过高, 其对密封面与波纹管等造成一定程度的腐蚀;当渣油内部存有较多的泥沙颗粒时, 若进入到机械密封的密封面, 则将会磨损密封面, 发生介质泄漏问题。

新型液膜润滑非接触式机械密封与接触式机械密封相结合的双端面密封结构。左侧为非接触式机械密封端面结构, 主要采用外径开槽的机构形式, 其工作原理为:将冷却冲洗腊油经由主压盖上的注入孔进行注入操作, 并且还需有效控制其压力变化在0.3-0.5MPa范围之内;右侧为接触式机械密封, 主要作用在于机械处于运行状态时, 可阻止冲洗腊油泄漏, 左侧非接触机械密封则将少量洁净腊油在增压处理后, 注入密封箱内。

在某石化公司装置大修期间, 对重油泵机械密封予以改造措施, 并更换上新型的双端面机械密封, 随后投入运行。经较长时间段的观察发现, 该新型机械密封运行正常, 并未发生输送介质泄漏状况, 这将充分说明新型双端面机械密封将能延长高温重油泵机械密封的使用寿命, 并能避免出现机械密封高频率泄漏问题;并且还能有效控制端面温度处于适宜范围, 规避密封面被腐蚀的风险;此外, 辅助系统结构较为简洁, 冷却水的使用量得到有效降低, 可促进经济效益的提升。

3 双端面机械密封及冲洗方案分析

依据相关规定, 双端面机械密封的布置方式主要为两种类型, 其布置方式机械密封依据动静环方位具体分为面对背、背靠背、面对面等方式。

3.1 第一种类型机械密封及冲洗方案

第一种类型机械密封组合形式多为串联不带压类型, 其包括不带压缓冲液双接触式湿密封2CW-CW;外侧接触式干运转密封与内侧接触式式密封的不带压带缓冲气串联双端面密封2CW-CS;以及与不带压带缓冲气串联双端面密封2CW-CS小有不同的不带压缓冲气串联双端面密封2NC-CS, 外部与带压带缓冲气串联双端面密封2CW-CS一致, 而内侧则为非接触式密封。

选取其中带缓冲液的接触式湿密封的冲洗方案。冲洗方案适用于不允许出现向大气侧泄漏的工况, 其不带压的双端面密封气压为P1>P2。其所采用的冲洗系统为缓冲罐、机械密封及其连接管路等成分组成, 在缓冲罐上还应合理配置高低液位开关、压力开关以及压力表等, 起着对冲洗系统运行状况监测的作用。

在缓冲罐中装置缓冲液 (缓冲液压力<抽送介质压力) , 通过机械密封内部的泵送环等设备确保循环工作的正常运行;缓冲罐出口需和排气装置相通, 促使缓冲液压力趋向于大气压力, 若出现内侧密封失效, 则将导致介质泄漏至缓冲液中。高低液位开关应在达到设定值时及时报警并切换, 以避免工艺流体混入或取代缓冲液体。

3.2 第二种类型机械密封及冲洗方案

第二种类型机械密封组合形式主要为带压型双端面机械密封, 其具体形式有带隔离液双端面串联接触式湿密封3CW-FB;背对背接触式湿密封3CW-BB;面对面接触式湿密封3CW-FF。

依据第二种类型布置方式机械密封所采用的冲洗方案为冲洗方案53, 与冲洗方案52适用方向一致, 用于不允许向大气侧泄漏的工况。在冲洗方案53中, 可细分为53A、53B、53C等结构, 冲洗系统的组成部分主要有隔离罐、机械密封以及连接两者的管路等, 在隔离罐上装置低液位开关、压力开关以及压力表等。通常情况下, 隔离液的压力应大于抽送介质的压力, 并在隔离罐中注入缓冲液, 进而借助重油泵予以循环驱动, 隔离罐主要通过惰性气体予以压力增加.

在实际应用过程中, 泄漏问题并不能完全避免, 这就需定时、合理地予以补液操作, 因而冲洗方案53多适用于不怕隔离液被污染或者介质混合的情况。其中冲洗方案53B可借助气囊加压器予以加压操作、储压器进行补液操作, 以弥补方案53A的不足之处;方案53C可经由活塞式蓄能器进行隔离液加压操作, 并随着系统波动状况而发生压力波动, 多使用在介质压力存在较大波动的工况中。

4 结语

综上所述, 在石油化工行业中, 较多装置及设备均需进行机械密封处理操作, 借此防止工艺流体出现漏、跑、滴、冒等不良运行现象, 从而实现节约成本、降低环境污染、提高装置及设备运行效率等目的, 促进当代石油化工企业的可持续发展。高效、合理的双端面机械密封及冲洗方案不仅能促进石油化工企业获取较高的经济效益, 还可为其树立良好的企业形象, 对我国石油化工行业环保与节能方向的发展奠定了坚实的基础。

摘要：随着科学技术的快速发展, 双端面机械密封在石油化工行业中应用范围较广, 其输送介质多为高温高压、易燃易爆以及具有毒害性质的对流体, 探究正确的双端面机械密封及冲洗方案将能避免重大泄漏事故的发生。本文针对石油化工行业输送介质的特性, 对双端面机械密封设计及其应用进行了浅要分析、还对双端面机械密封及冲洗方案予以一定的探索。

关键词：双端面机械密封,冲洗方案,探索