探讨
王剑虹，李永，杜佳庆
（中国石油吉林石化公司乙烯厂， 吉林 吉林 132021）
[摘 要] 目前机械密封几乎成为标准件，在石油化工等过程工业中应用广泛，在某些石化装置中占比高达85%。据不完全统计，在日常检维修总费用中，相关机械密封的修理费超过50%。在石化装置中，有的机泵工况较好，有的工况较为复杂，且涉及到高温高压、易燃易爆、有毒有害介质，有的甚至含有极度危害介质氢氰酸及剧毒介质丙烯腈，因此对机械密封的可靠性要求较高。本文从用户的角度出发，对延长石化装置机械密封运行寿命的措施进行了探索和实践。[关键词] 石化装置；机械密封；运行寿命；检修技术
作者简介：王剑虹（1971—），男，河北滦南人，1993年毕业于
大连理工大学化工机械与设备专业，工学学士，高级工程师，现任吉林石化公司乙烯厂设备厂长。
石油及其相关化工产品已成为我国国民经济中重要的基础生产资料。在石油化工装置中机械密封作为在动设备检修中占有较大比重，为保证设备及装置的长、满、稳、优、安运行，本文以某装置为例，进行了系统化的分析总结，并对延长机械密封运行寿命关键节点进行了探讨。1 机械简况
右旋某装置有82个位号186台转动机械设备，其中65个位号152台机泵采用了机械密封作为轴封，占比达79%。
65个位号152台机泵，其中采用自冲洗或者内冲洗机泵有35台（齿轮泵、螺杆泵、离心泵），采用Plan23冲洗的18台（离心泵），采用Plan11+52冲洗的6台（离心泵），采用Plan54冲洗的93台（离心泵）。2 优化方法2.1 压缩量保证 虽然API682要求机械密封泄漏量低于5.6g/h ，即每分钟少于两滴（以水为例），允许机械密封有微量泄漏，但是随着安全环保要求越来越高，在实际生产过程中要求机械密封零泄漏和零逸出。要让机械密封泄漏量VOCs 低于国家相关污染物排放标准，保证机械密封压缩量是其中尤为重要的一环。压缩量是机械密封中的一个重要参数。压缩量过小，密封性无法保证；压缩量过大，密封端面比压大，密封端面磨损加快，甚至
由于过热而造成损坏。因此要想延长机械密封的运行周期，必须让机械密封的压缩量处于设计制造要求的最优位置。2.1.1 压缩量核算
核算机械密封的压缩量时必须了解：两个尺寸链（动环尺寸链、静环尺寸链）；三个基准面（轴套内轴肩与泵轴肩配合面、泵大盖与轴承箱支架配合面、密封压盖与泵大盖配合面）；四个必要尺寸（动环安装在轴套上，动环端面到轴套内轴肩的垂直距离D 、与轴套配合的轴肩到轴承箱支架与泵盖配合面的垂直距离d 、泵盖与密封压盖配合面到泵盖与轴承箱支架配合面的垂直距离J 、静环安装在密封压盖内，静环端面到密封压盖与泵盖配合面的垂直距离j ）。2.1.1.1 单级机械密封压缩量核算
单级机械密封压缩量 Y=D-d-J-j ，即Y=(D-d)-(J+j)。
从上述公式可以看出（D-d ）：反应的是动环在安装（弹性元件没有压缩）状态下，动环端面到轴承箱支架与泵盖配合面的垂直距离，也就是动环尺寸链。（J+j ）：反应的是静环在安装状态，静环端面到轴承箱支架与泵盖配合面的垂直距离，也就是静环尺寸链。j 值：当静环端面高出密封压盖上与泵盖配合面的高度时，j 值在公式中
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抗震支架重量
第6期 图1 双吸双支撑泵结构示意图无尘黑板
热敏打印头取负值；反之j 取正值。密封垫片：对于三个基准面有垫片的，要考虑垫片厚度对压缩量的影响。多级泵要考虑转子窜量对密封压缩量的影响，一般情况每侧密封压缩量要加上1/2窜量。2.1.1.2 双级机械密封压缩量核算
双端面密封总压缩量：Y 总=2L-(j+e)。L-动环组件长度；j-静环安装在密封压盖内，静环端面到密封压盖与泵盖配合面的垂直距离；e-静环安装在泵盖内，静环端面到泵盖与密封压盖配合面的垂直距离；j+e-两个静环端面在安装状态下的距离。
外侧密封压缩量：Y 外=(D-d)-(J+j)；内侧密封压缩量：Y 内=Y 总-Y 外。说明：内侧密封压缩量也可按照外侧密封压缩量的测量和计算方法进行计算（要考虑测量值在公式中的正负关系）。
无论是单级还是双级机械密封的压缩量都可
以通过调整动环尺寸链或静环尺寸链的长度来实现。一般来说工程实际中采用调整垫片厚度或垫片多少的方法来实现压缩量的最优化。2.1.2 压缩量固化
机械密封的压缩量一般来说，初次安装紧固到位后就是固定不变的，但在实际检维修过程中可能会出现变化。2.1.2.1 双吸双支撑泵
双吸双支撑离心泵（见图1）中轴线上的A 、B 、D 、E 分别代表泵和电机轴的支撑位置，电机轴支撑点D 为一套6224/C3轴承，非联轴器端E 为6224/C3防静电轴承，泵端A 点代表非驱动端两口背靠背或面对面安装的角接触球轴承7318BEGAM SKF ，B 点代表驱动端深沟球轴承6318/P5。虚线框内的C 点代表电机轴和泵轴联接的膜片联轴器的中心点。
由于止推轴承在非驱动端，在更换非驱动端机械密封时，止推轴承被拆下，整个转子在轴向方向可以窜动3~5mm ，如果这时驱动端的机械密封没有处于自由状态，那么更换完成非驱动端机械密封后，原本未出现泄漏的驱动端机械密封也会出现泄漏。因此更换非驱动端轴承时，需要将非驱动端机械密
封与泵轴的连接松开，并且用限位块固定住机械密封的压缩量，待非驱动端机密密封更换完成后，两端机械密封同时定位。2.1.2.2 压缩量在运行中变化
在现场实际使用中，曾经出现过泵轴与机封轴套之间的O 型圈碳化的现象，并且在机封失效的同时拆检发现机封主摩擦副几乎没有磨损痕迹或出现较严重的磨损。通过对工程现场的反复观察发现机封压缩量出现了变化（增大或减小），现场查看发现是由于机封转动顶丝在较硬的泵轴上
飞行模拟舱打滑，无法顶出印痕而启动固定机封的作用，无法为机封传递足够的扭矩，使轴、胶圈、轴套同步旋转。于是将传动顶丝硬度改为大于泵轴硬度的材质，并且将传动顶丝改为机封轴套箍住泵轴的方式为机封传动，再未出现机封在运行过程中压缩量变化的情况。2.2 辅助密封系统的优化
在机械密封刚引入我国时，机械密封辅助系统并未被大家所重视，随着密封研究的深入和现场实际使用中失效分析才发现密封辅助系统越来越重要。
2.2.1 辅助密封冲洗系统优化
某装置中，密封冲洗主要有自冲洗、Plan54、Plan23、Plan11+52等四钟方式，在机械密封未失效之前的日常维护或机泵检修过程中进行维护，以便延长机械密封的运行寿命。
王剑虹等 延长石化装置泵用机械密封运行寿命的措施探讨
- 104 -安全密封石油和化工设备2019年第22卷
某装置中Plan54密封的冲洗水由精制工段两台封水泵P-9545A/B统一供给，由于每一台机泵的密封腔压力不一样，因此每一位号机泵密封腔压力需要经过单独核算后独立设定（粗略计算密封腔压力为泵出口压力1/3，详细准确计算公式可查相关资料）。由于封水是四效废水处理装置产生的，并非很洁净，且时常有系统内机泵物料串入封水系统，需要定期清理封水过滤器和清理疏通各泵封水管线，保证机封冲洗水管线的畅通，才能尽可能地延长机械密封的运行寿命。
Plan23、Plan11+52的封水冷却器的冷却水皆为装置内的循环水，由于这些水实际上很不干净，因此每次更换机封时都要对其封水换热器进行拆解清洗，并且对管程部分进行彻底清理，保证机封冲洗水的温度、流量和压力。如果在运行中自封水回水超过55℃，应该立即倒泵，对封水换热器的管程和壳程均进行清洗。另外自封水系统管线的最高点安装有排气阀门，在开泵运行之前，务必将系统里的气体排净，否则会造成气阻，系统不循环，机封非正常失效。
2.2.2 辅助密封冲洗系统选择
某装置机泵采用Plan11+52冲洗方案，机泵工作温度75℃，而介质的沸点为77.3℃，介质经过机械密封后很容易汽化或结焦，使机械密封失去密封液膜，造成机械密封失效。该机械密封采用的是ANSI标准的小泵腔结构，密封腔较小，对机械密封本体也进行过多次优化升级，但效果都不太好，后将Plan
11+52冲洗方案改为Plan21+52冲洗方案后，机械密封寿命明显增加，但仍然不理想。
拆开失效机械密封发现，密封端面仍有高温过热现象，于是在停车大检修中将Plan21+52冲洗方案的冷却水由循环水改为0℃的乙二醇盐水后机械密封冲洗水温度低于20℃，机械密封运行周期有明显延长，效果明显，达到了预期目的。
3 结论
在中石油和中石化都开展了高危泵机械密封攻关，以延长石化装置泵用机械密封的运行寿命。本文从用户的角度出发，对机械密封的压缩量优化和密封辅助系统优化，在工程实践中进行了探索，并且延长了机械密封的运行寿命，但是机械密封的生命周期需要立足于机泵现场实际情况，从机械密封的设计、制造、使用与维护、失效等各阶段不断地分析总结，才能使机械密封的运行寿命都能达到API682要求的25000小时以上。
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收稿日期：2018-12-10；修回日期：2019-04-19
