丙烯酸酯装置机泵机械密封泄漏原因与改进

2013-10-20 曾国海中国石油吉林石化公司电石厂

　　针对丙烯酸酯装置运行中机械密封泄漏的原因进行了分析，几年来持续对机械密封加以改进，延长了机泵正常运行的周期，企业取得较大的收益。

　　吉林石化公司电石厂丙烯酸酯装置1992年投料开车，拥有转动机械341台，其中有140台轴封为机械密封。机泵轴封泄漏是影响装置长、满、优运行的重要因素，减少机泵泄漏延长机泵运转周期是设备维护的主要工作。丙烯酸酯生产系统复杂，多为负压操作，且物料容易自聚合，对机泵密封要求较高，因此在满足生产需要的前提下，选用适当的机械密封型式和材料十分迫切。

1、机械密封泄漏原因

　　丙烯酸酯生产过程中，由于机泵故障频繁，特别是轴封泄漏频次较高，许多机械密封使用期不足3个月，平均每天需检修2台泵，甚至新机械密封安装后不到一小时就发生泄漏，但拆检机械密封未发现问题，使用时间仅一小时。通过检查轴的直线度，更换轴承，多次调整机封轴套装置，改变机封弹簧压缩量，调整密封系统等一系列措施，仍未能解决泄漏问题，严重影响了装置的长周期运行。

　　查找泄漏原因发现，机封泄漏最频繁处为精馏单元塔底再沸器泵，通过观察运行状况和跟踪检修过程，查找了机封泄漏的直接原因。现运行工况为真空负压操作，目的是降低分馏温度，常压条件下苯、水和醋酸的分馏温度为200℃，真空条件下82.5℃就可以分离。物料特性极易聚合，正常存放温度为15~30℃，低于15℃结冻，高于30℃聚合。丙烯酸对温度要求较高。

　　丙烯酸酯装置约50%的机械密封失效是因聚合物在机械密封中将弹性元件卡死失去弹性，补偿弹簧失效，造成泄漏的。丙烯酸物料极易聚合，密封液循环量不足或冷却效果不好，造成密封腔内温度过高，物料一旦聚合，在腔内形成一种类似橡胶的聚合物，使弹簧失去作用，进而导致机封泄漏。尽管泵入口安装了过滤器，但在机械密封腔内仍会聚集大量的聚合物。还有的是因动、静密封环磨损，静环止动口开裂，密封的摩擦副在磨损后得不到有效的补偿，造成密封失效。再有一部分是辅助密封圈磨损失效，造成泄漏。工艺条件为真空负压操作，压力稍有波动，泵就会断料。如果断料，机械密封的辅助冲洗液就会停止，机封产生干磨。泵运行速度为2900rpm/min，机封很快会磨损，磨损后的机封往里漏气，从而破坏真空，真空一旦被破坏，更加速了生产波动，机泵泄漏，严重影响周围环境。

　　密封端面润滑不良是机封泄漏的另一原因。密封液量不足或冷却效果不好，造成密封腔内温度过高，是机泵泄漏的又一主要原因。机械密封的辅助冲洗系统非常重要，它可有效地保护密封面，起到冷却、润滑、冲走杂物等作用。没有合理地配置辅助冲洗系统，达不到密封效果;有时虽然设计了辅助系统，但由于冲洗液中有杂质，冲洗液流量、压力不够，冲洗口位置设计不合理等原因，同样达不到密封效果。

　　机泵发生振动故障，同样容易引起机封泄漏。经对机泵解体检查，发现联轴器胶块损坏，电机与泵轴对中不好，轴承有磨损，这是引起机泵振动大、有杂音的主要原因。

2、机械密封的改进措施

　　针对机械密封动静环密封面易磨损问题，从机械密封使用材料上进行了分析。以前选用的机械密封静环材质为三氧化二铝陶瓷，动环材质为纯石墨或浸四氟石墨。通过使用观察，陶瓷对石墨这种材质的机械密封抗热振性能较差，且介质粘度大，不适合精馏单元塔底再沸器泵上使用。经研究改变机械密封材质，选用碳化硅和浸锑石墨。碳化硅具有摩擦系数低、硬度高、耐磨性好的特点并具有良好的化学稳定性、耐热性和抗热振性，浸锑石墨特点是抗弯与抗压强度高，可达30 MPa和90 MPa，使用温度可达500 ℃。

　　针对辅助密封圈易发生磨损失效变形，采用了包氟密封圈，该材质可补偿范围宽，回弹性好，静环安装后可与机械密封室配合紧密，避免了负压条件下向系统内泄漏空气。

　　针对机械密封弹性元件易被聚合物卡死，最有效的途径是减少聚合物产生。通过定期对机泵入口过滤器进行清理，不仅减少了聚合物产生量，而且改善了机泵运行环境，降低了机泵发生气蚀的机率，杜绝了气蚀原因引起的机泵振动。这就避免了机械密封因机泵振动发生泄漏，也避免了机封因断料发生干磨，造成的泄漏。

　　另外，为使设备尽量适应生产需要，使机泵既防聚合又能在断料情况下正常运转，降低机封磨损机率，需加大液体进行冲洗、冷却和润滑的力度。采用外配机械密封冲洗液管线，利用其它稳定压力源将冲洗冷却液注入密封腔内，加上调节阀门，调节冲洗液流量，避免破坏密封腔内压力。这就有力地解决了冷却和断料两项问题。由于有冲洗液润滑，即使在断料情况下，机械密封也能得到充分润滑和冷却，同时带走聚合物，机械密封不致因干磨而被烧毁。泵的平稳运行，有力地保证了生产操作的平稳运行。

　　在机械密封的结构安装上，对易产生聚合物和结晶的机泵，采用双端面机械密封、背对背安装。再根据物料特性及工艺要求，辅以外冲洗，从而达到冷却和冲洗的作用。