分析了甲醇裝置鍋爐循環(huán)水泵機(jī)械密封泄漏原因，提出了切實(shí)可行的改造方案，取得了良好的效果。

　　吐哈油田公司甲醇廠鍋爐循環(huán)水泵P-200是甲醇裝置的關(guān)鍵設(shè)備，主要承擔(dān)轉(zhuǎn)化輔鍋汽包V-201與一段爐煙氣廢鍋盤管之間鍋爐水循環(huán)的任務(wù)。其基本參數(shù)如表1：

表1 鍋爐循環(huán)水泵基本參數(shù)

　　該泵型號(hào)為CHZE200-250，機(jī)械密封型號(hào)為C8BKC55(多彈簧式平衡型單端面機(jī)械密封)。機(jī)械密封的沖洗方式為帶中間冷卻器的正向自沖洗(中間冷卻器為四管程固定管板式換熱器)，冷卻方式為循環(huán)水(硬水)背冷，如圖1所示。

圖1

1、存在的問題

　　甲醇裝置在生產(chǎn)運(yùn)行中，P-200泵機(jī)械密封多次發(fā)生泄漏。2010年，甲醇裝置運(yùn)行了8個(gè)月，期間共發(fā)生機(jī)封泄漏事故5次，對(duì)裝置的平穩(wěn)運(yùn)行造成較大威脅。

　　機(jī)械密封損壞時(shí)，高溫高壓介質(zhì)從靜環(huán)壓蓋沿軸噴出。一方面嚴(yán)重影響了泵的上水量，破壞工藝操作的穩(wěn)定性;另一方面，由于噴出的是高溫介質(zhì)，易發(fā)生人員燙傷事故。另外，機(jī)械密封維修工作量較大，而且機(jī)械密封是高壓集裝式密封，價(jià)格較高。

2、泄漏原因分析

　　將機(jī)械密封拆下檢查發(fā)現(xiàn)軸套表面及動(dòng)靜環(huán)內(nèi)表面布滿水垢，動(dòng)環(huán)被卡死，阻止了動(dòng)環(huán)的軸向運(yùn)動(dòng)，無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)環(huán)沿軸向的補(bǔ)償作用。這是造成機(jī)械密封泄漏的直接原因。循環(huán)水(生水)溫度過高時(shí)，會(huì)導(dǎo)致其中的離子發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)：

　　Ca(HCO3)2=CaCO3↓+CO2↑+H2O

　　Mg(HCO3)2=MgCO3↓+CO2↑+H2O

　　MgCO3 + H2O=Mg(OH)2↓ +CO2↑

　　在水中可溶的Ca(HCO3)2、Mg(HCO3)2在加熱至80℃左右時(shí)，開始析出CaCO3、 Mg(OH)2沉淀而形成水垢。

　　P-200泵機(jī)械密封的冷卻包括兩部分：一部分是正沖洗，介質(zhì)通過中間冷卻器后直接冷卻密封腔。另一部分是循環(huán)水冷卻靜環(huán)，即背冷，不間斷地帶走動(dòng)靜環(huán)產(chǎn)生的磨擦熱(見圖2)。

　　當(dāng)作為背冷的循環(huán)水溫度升高到一定溫度(如80℃左右)時(shí)，會(huì)在機(jī)械密封間隙部位產(chǎn)生水垢(主要成分為含鈣的化合物)。水垢黏附在機(jī)封彈簧的狹小間隙中并不斷積存，導(dǎo)致彈簧失去彈性，使機(jī)封喪失了自動(dòng)補(bǔ)償能力，造成失效。結(jié)成塊狀的水垢脫落進(jìn)入到密封端面，還會(huì)加劇密封端面的磨損、降低機(jī)械密封的使用壽命。水垢顆粒致使機(jī)械密封出現(xiàn)微動(dòng)磨損，在輔助密封圈與軸套之間形成溝痕，影響機(jī)械密封的追隨性，使機(jī)械密封失效[1]。當(dāng)開始出現(xiàn)結(jié)垢現(xiàn)象時(shí)，循環(huán)水的流動(dòng)速度會(huì)隨著水垢的增多而逐漸降低，造成端面摩擦產(chǎn)生的熱量和介質(zhì)的熱量不能及時(shí)帶走，回水不暢又導(dǎo)致腔體內(nèi)的循環(huán)水溫度快速升高。在較短的時(shí)間內(nèi)就會(huì)造成端面磨損、密封圈泄漏、彈性元件失彈，導(dǎo)致密封失效。

圖2

　　甲醇廠的循環(huán)水裝置對(duì)循環(huán)水進(jìn)行了一定的阻垢處理，而且背冷循環(huán)水的上水溫度是 30℃，本身不會(huì)產(chǎn)生水垢。只有在加熱情況下，其中的離子才會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生水垢。

　　對(duì)造成密封腔內(nèi)循環(huán)水溫度升高的原因進(jìn)行了分析：P-200機(jī)械密封的動(dòng)環(huán)是由鈷基硬質(zhì)合金做成 ，靜環(huán)由浸銻石墨做成，二者都是熱的良導(dǎo)體。背冷循環(huán)水直接與動(dòng)靜環(huán)內(nèi)徑表面接觸，因此動(dòng)靜環(huán)內(nèi)徑表面的溫度，基本相當(dāng)于密封腔的溫度。查閱P-200的相關(guān)資料，確定P-200機(jī)封正向沖洗水是將泵出口245℃、4.0MPa的鍋爐循環(huán)水經(jīng)中間冷卻器冷卻至110℃后，返回泵機(jī)封端面沖洗冷卻密封面。而測(cè)得的沖洗管線進(jìn)密封腔之前的溫度為130℃，比設(shè)計(jì)值高出20℃，而密封腔內(nèi)部溫度高達(dá)150℃以上。由此判斷，機(jī)械密封損壞的根本原因是由于密封腔溫度過高引起。在這種情況下，循環(huán)水到達(dá)密封腔后，迅速發(fā)生化學(xué)反應(yīng)并汽化，其中的鈣鎂離子全部以水垢形式留存在機(jī)械密封內(nèi)和軸套表面上，造成機(jī)械密封的損壞。因此，只要給密封腔足夠冷卻，再加上循環(huán)水裝置的阻垢措施，循環(huán)水將不會(huì)升溫致使其中的離子發(fā)生反應(yīng)而析出CaCO3、Mg(OH)2。這就要求中間冷卻器有足夠的冷卻能力。

　　而沖洗管線進(jìn)密封腔之前的溫度已達(dá)130℃，說明中間換熱器的換熱效果已不足以對(duì)沖洗水進(jìn)行充分冷卻。在對(duì)中間冷卻器進(jìn)行解體檢修中發(fā)現(xiàn)，在換熱面上，存有大量水垢，嚴(yán)重影響換熱效果。這是造成沖洗線溫度過高的直接原因。此外，P200中間冷卻器自2003年投入運(yùn)行以來，運(yùn)行中管束多次發(fā)生泄漏，造成高壓鍋爐循環(huán)水竄入0.3MPa循環(huán)水中，發(fā)生水擊現(xiàn)象，影響機(jī)封沖洗效果。由于該臺(tái)中間冷卻器的檢修試壓較為復(fù)雜，需送至外地檢修，影響了正常生產(chǎn)。

3、改造方案

　　防止背冷循環(huán)水產(chǎn)生水垢，最簡單的方法是將背冷循環(huán)水(生水)改為脫鹽水(軟水)。但考慮到P-200的實(shí)際情況，將背冷循環(huán)水改為脫鹽水不可行。主要原因，一是改造以后，雖然能避免密封腔內(nèi)的結(jié)垢，但由于中間換熱器的換熱效果較差，密封腔的溫度并沒有降低，過高的溫度對(duì)機(jī)械密封各部件的損害仍很大，對(duì)機(jī)封的長期運(yùn)轉(zhuǎn)，并非十分可靠;二是由于機(jī)械密封背冷水直接排放至地溝內(nèi)，如果使用軟水，價(jià)格較高，常年排放浪費(fèi)嚴(yán)重，對(duì)裝置的節(jié)能降耗不利。

　　經(jīng)反復(fù)論證，決定采用如下改造方案：將P-200沖洗水中間冷卻器拆除，從輔鍋汽包上水泵P-201出口總管接管線，將5.0MPa、104℃的鍋爐給水引至P200機(jī)封沖洗水入口管線，冷卻P-200機(jī)械密封。改造后的沖洗水流程如圖3所示。

圖3

　　P-201出口為來自除氧器的脫鹽水，P-200的正向自沖洗水為鍋爐水，脫鹽水水質(zhì)較鍋爐水水質(zhì)要清潔得多，用P-201出口脫鹽水作為P-200的機(jī)械密封沖洗水，能減少機(jī)械密封的磨損，同時(shí)，P-200機(jī)械密封沖洗水的設(shè)計(jì)溫度為110℃，P-201出口水的溫度為104℃，二者間溫度比較接近，不會(huì)對(duì)機(jī)封造成損壞，對(duì)泵輸送介質(zhì)鍋爐循環(huán)水也無影響。此外，裝置開工時(shí)，P-201比P-200早運(yùn)行，這就保證了P-200運(yùn)行時(shí)其機(jī)械密封沖洗水的連續(xù)性。

　　該改造方案的風(fēng)險(xiǎn)在于：

　　(1)P-201出口水給P200作為沖洗水冷卻機(jī)械密封，當(dāng)P201發(fā)生故障停機(jī)，會(huì)造成P-200機(jī)械密封沖洗水中斷，損壞機(jī)械密封，甚至使其發(fā)生嚴(yán)重泄漏。為解決這一問題，將P-200沖洗水管線由閥門控制后返回至機(jī)械密封沖洗水入口(如圖3)，這樣在緊急情況下，仍可投用P-200的自沖洗水，保證機(jī)械密封的沖洗水不中斷，保護(hù)機(jī)械密封。當(dāng)然，由于此時(shí)缺少了中間冷卻器，沖洗水的溫度較高，對(duì)機(jī)械密封各部件仍將造成損害，但短時(shí)間運(yùn)行不會(huì)有問題。而且，這種情況通常不會(huì)發(fā)生，因?yàn)榧状佳b置一共有三臺(tái)P-201泵，一旦運(yùn)行泵發(fā)生故障，可以及時(shí)啟動(dòng)備用泵。

　　(2)P-201出口壓力5.0MPa，P-200的自沖洗水壓力為4.0MPa。如果沖洗水量過大，會(huì)造成機(jī)械密封沖洗壓差過大，對(duì)機(jī)械密封沖刷嚴(yán)重，損壞機(jī)械密封，引起泄漏。但只要控制好沖洗水線上的兩個(gè)閥門開度，防止開度過大，這個(gè)風(fēng)險(xiǎn)完全可以避免。

4、改造效果

　　2011年3月按照上述方案對(duì)兩臺(tái)泵進(jìn)行改造之后，P-200兩臺(tái)泵一直正常運(yùn)行。截止到2012年5月，扣除甲醇裝置停運(yùn)四個(gè)月時(shí)間，P-200兩臺(tái)泵累計(jì)運(yùn)行時(shí)間分別達(dá)到3600小時(shí)和4300小時(shí)以上，沒有發(fā)生因結(jié)垢引起機(jī)械密封損壞的情況。與改造前相比，節(jié)省了大量人力物力，同時(shí)還降低了裝置停產(chǎn)的風(fēng)險(xiǎn)，為甲醇廠長周期平穩(wěn)安全運(yùn)行提供了有力的保障。