一、前言

某大型石化公司先后建設(shè)了多套丙烯腈裝置，成為國(guó)內(nèi)主要丙烯腈生產(chǎn)基地。最新建設(shè)的丙烯腈裝置脫氫氰酸塔釜液泵P-l18，出口壓力0.3～0.4MPa，工作溫度75℃，輸送介質(zhì)為含少量極度危害介質(zhì)的劇毒丙烯腈（沸點(diǎn)77.3℃），介質(zhì)的特殊性質(zhì)決定了其零泄漏的基本工作工藝要求。

二、故障現(xiàn)象

P-118泵為國(guó)際知名流體機(jī)械公司的進(jìn)口離心泵，原裝軸封選用約翰克蘭5620P型集裝機(jī)械密封，采用Plan11+PLAN52輔助密封沖洗方案（見圖1、圖2）。

Plan11+Plan52方案，是串聯(lián)式機(jī)械密封，前一道密封靠泵送介質(zhì)本身去沖洗，后一道采用密封液沖洗，當(dāng)?shù)谝坏烂芊庑孤r(shí)，會(huì)泄漏到后面一道密封中，隨之Plan52虹吸罐中液位升高，壓力也隨之升高，壓力開關(guān)隨之報(bào)警，總之Plan52就是前面Plan11一道保護(hù)性的密封，使泵運(yùn)行更可靠。通過逆向工程國(guó)產(chǎn)化，曾用過彈簧串聯(lián)機(jī)械密封和波紋管面對(duì)面雙端面機(jī)械密封，但是使用效果都不好。

先后曾經(jīng)出現(xiàn)以下問題：

（1）密封采用循環(huán)水，潔凈度不夠  不管彈簧還是波紋管密封，外側(cè)密封都是軟對(duì)硬的端面配對(duì)，一旦雜質(zhì)進(jìn)入密封端面，會(huì)使摩擦副受損，導(dǎo)致密封失效。另外如果從第一道密封泄漏介質(zhì)具有聚合的特性，雜質(zhì)可能會(huì)加劇介質(zhì)聚合，聚合物會(huì)影響機(jī)封的使用性能。

（2）摩擦副散熱效果不好  以前波紋管失效密封曾發(fā)現(xiàn)金屬變色問題，這應(yīng)該是溫度過高所致。波紋管機(jī)封安裝的徑向尺寸太?。ㄐ∏幻芊猓?，無法設(shè)計(jì)將緩沖液引向機(jī)封端面的導(dǎo)流及泵送循環(huán)結(jié)構(gòu)，緩沖液起不到帶走摩擦熱、攪拌熱的降溫作用。

（3）循環(huán)管路不暢，循環(huán)效果不好  彈簧串聯(lián)密封的外側(cè)密封靠泵送環(huán)帶動(dòng)緩沖液循環(huán)帶走熱量，泵送環(huán)產(chǎn)生的壓頭有限，循環(huán)管路的管徑細(xì)小產(chǎn)生的程阻大，會(huì)導(dǎo)致緩沖液循環(huán)不暢，甚至不循環(huán)，起不到給密封循環(huán)降溫的作用。

三、優(yōu)化方案

1.采用PLAN54密封方案

參考早期建設(shè)的同類裝置，P-l18位號(hào)泵的軸封密封采用PLAN54輔助沖洗方案，此方案為加壓雙端面密封系統(tǒng)，機(jī)封采用STB35A背靠背接觸式濕式波紋管密封，如圖3所示。

該方案從外部引入四效廢水處理后的廢液作為封水。封水從機(jī)封沖洗人口進(jìn)入，然后從出口回流到封水系統(tǒng)中，給機(jī)封提供冷卻、清潔、沖洗。封水的壓力高于內(nèi)部密封所承受的壓力0.15MPa，這就會(huì)導(dǎo)致小部分的封水泄到被輸送的介質(zhì)中去，但是此部分量很小，可以忽略不計(jì)，但是在實(shí)際的使用過程中，常常出現(xiàn)介質(zhì)外露和封水大量?jī)?nèi)漏的情況。

原因有兩部分造成：

1）密封與泵腔相連的泵腔側(cè)，空間狹小，介質(zhì)流速低，給介質(zhì)聚合提供一定的物理環(huán)境。而聚合后的固體顆粒導(dǎo)致O形圈和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)出現(xiàn)故障。給機(jī)泵P-118的機(jī)封密封面帶來致命的損傷。

2）機(jī)封沖洗水在機(jī)泵外部是個(gè)巨大封水循環(huán)系統(tǒng)，為所有的Plan54沖洗方案機(jī)泵提供封水，系統(tǒng)內(nèi)有一臺(tái)離心泵P-545集中提供循環(huán)動(dòng)力，這就造成供給壓力恒定，而封水系統(tǒng)中的其他機(jī)泵密封腔壓力卻不同，不能滿足所有的阻封液的壓力都高于內(nèi)部密封所承受的壓力0.15MPa。這樣高壓密封腔內(nèi)的介質(zhì)常常會(huì)由于工藝波動(dòng)，而串入封水系統(tǒng)，進(jìn)而造成整個(gè)封水系統(tǒng)的污染和管道阻塞；低壓密封的封水內(nèi)漏后，由廢水處理裝置產(chǎn)生的封水（非潔凈水）就會(huì)污染工藝系統(tǒng)。

基于以上兩個(gè)原因的合力作用使得封水大量進(jìn)入介質(zhì)當(dāng)中，影響介質(zhì)的工藝指標(biāo)和浪費(fèi)大量的封水。由于封水系統(tǒng)的龐大，這種泄漏的發(fā)現(xiàn)常常之后很長(zhǎng)時(shí)間，一旦封水管路被污染堵塞到一定程度，介質(zhì)就會(huì)經(jīng)過兩道密封面泄漏到大氣當(dāng)中，造成環(huán)境的污染和人員中毒的安全事故。在實(shí)際的使用過程中，也經(jīng)常出現(xiàn)介質(zhì)外泄漏的情況，給維護(hù)人員帶來了很大的安全隱患。雖然在一定程度上可以比原來減少泄漏頻次，但基于以上安全環(huán)保和工藝指標(biāo)要求，新建丙烯腈裝置該位號(hào)機(jī)泵不宜再采用PLAN54密封方案。

2.采用雙端面干氣密封方案

1）雙端面干氣密封采用工業(yè)氮?dú)饣蚬に噧x表風(fēng)作為阻封介質(zhì)，用氣體阻塞替代傳統(tǒng)的液體阻塞，氣體外漏后對(duì)環(huán)境無任何污染；氣體壓力高于密封腔介質(zhì)壓力0.1～0.2MPa，可保證工藝液體介質(zhì)實(shí)現(xiàn)零泄漏。

2）干氣密封輔助系統(tǒng)中過濾精度為1μm的精密過濾器，可確保通入密封腔中的氣體潔凈、無任何雜質(zhì)。

3）干氣密封為非接觸式密封，機(jī)封工作時(shí)產(chǎn)熱少，不需要刻意要求管線及設(shè)置循環(huán)冷卻措施給其降溫就可正常工作。

從以上分析對(duì)比內(nèi)容看，此位號(hào)機(jī)封雖然在技術(shù)上采用干氣密封比接觸式機(jī)械密封更具優(yōu)勢(shì)，但是干氣密封對(duì)工藝操作要求較高，且價(jià)格比較昂貴，該密封方案不可?。ㄒ妶D4）。

3.采用PLAN21+PLAN53a密封沖洗方案

為了避免安全事故的發(fā)生或?qū)⑵浣档阶钚　Ｓ捎诮橘|(zhì)的沸點(diǎn)為77.3℃，而工作溫度為75℃，自沖洗液進(jìn)入密封摩擦副后溫度必定高于其沸點(diǎn)，無法形成穩(wěn)定的液膜。決定改變?cè)荚O(shè)計(jì)，將PLAN11沖洗方案其改變?yōu)镻LAN21沖洗方案。

PLAN21沖洗是介質(zhì)從泵的出口通過限流孔板道、冷卻最后回到泵腔的循環(huán)過程。介質(zhì)沖洗液進(jìn)入泵腔靠近機(jī)械密封端面處沖洗端面，然后穿過密封腔回流到泵腔內(nèi)（見圖5）。

沖洗方案21是所有單端面密封的標(biāo)準(zhǔn)沖洗方案。在方案中，工作介質(zhì)從泵的出口經(jīng)過限流孔板并冷卻后被輸送到密封腔，以便對(duì)密封進(jìn)行冷卻排空密封腔中的空氣和蒸汽。然后流體從密封腔流回道輸送的介質(zhì)中。這種沖洗方案可以清潔機(jī)封與泵腔相鄰處的密封腔，加速此腔內(nèi)本來流動(dòng)量很小的介質(zhì)的流動(dòng)量，減小了介質(zhì)聚合的可能性。

將PALN52改為PLAN53a沖洗方式， 整個(gè)密封輔助系統(tǒng)由緩沖罐、組封液、機(jī)封、氮?dú)鈮毫υ春屠鋮s系統(tǒng)在組成。組封液從緩沖罐殼程進(jìn)入機(jī)封兩個(gè)密封面間的空間，對(duì)機(jī)封進(jìn)行冷卻和沖洗，保證了密封腔的潔凈度，裝在機(jī)封動(dòng)環(huán)上面的螺紋環(huán)隨軸一起高速旋轉(zhuǎn)，帶阻封液在回路內(nèi)建立循環(huán)，帶走機(jī)封上的熱量。緩沖罐內(nèi)的換熱盤管在冷卻水的作用下又將阻封液控制最佳工作溫度。

持續(xù)不斷供給的氮?dú)庠丛跍p壓閥作用后，保證緩沖罐殼程的壓力長(zhǎng)期穩(wěn)定高于被密封介質(zhì)壓力0.14MPa，無論是內(nèi)道密封面出現(xiàn)泄漏后，密封液會(huì)在壓力的作用下進(jìn)入密封腔內(nèi)，還是外端密封液進(jìn)入大氣中，都會(huì)導(dǎo)致緩沖罐液位下降。當(dāng)液位下降到設(shè)定值時(shí)，低液位就會(huì)報(bào)警，穩(wěn)定的壓力源在這段時(shí)間內(nèi)保證了密封腔的壓力，使得一段時(shí)間內(nèi)介質(zhì)不會(huì)泄漏，為處理機(jī)封提供了一定的反應(yīng)時(shí)間；如果泄漏速率大或者氮?dú)庑孤?，也?huì)導(dǎo)致壓力報(bào)警器報(bào)警，工作人員可以立即停泵處理，這樣在介質(zhì)剛接觸到第二道密封面的時(shí)候，就已經(jīng)掌握其泄漏情況，而且泄漏的介質(zhì)只會(huì)進(jìn)入獨(dú)立的緩沖罐，不會(huì)進(jìn)入空氣也不會(huì)影響其他的軸封系統(tǒng)。將安全隱患和環(huán)境污染的可能性降到最低。

四、結(jié)語

通過以上三種方案對(duì)比可知，采用PLAN21+PLAN53a密封沖洗方案， PLAN21冷卻器只需要做一個(gè)溫度套管即可，不但技術(shù)上實(shí)現(xiàn)容易，而且費(fèi)用低廉。該位號(hào)機(jī)泵在采用第三種優(yōu)化方案后，運(yùn)行一年未出現(xiàn)泄漏，機(jī)封平均壽命達(dá)到1年以上，不但保證了裝置的長(zhǎng)、穩(wěn)、滿、優(yōu)、安運(yùn)行，還減少了操作和維護(hù)人員的安全隱患，降低了環(huán)境污染的可能性。（轉(zhuǎn)自：通用機(jī)械）

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