該文根據(jù)煉油廠常減壓裝置減壓塔塔底渣油離心泵機(jī)械密封使用情況，分析了機(jī)械密封頻繁失效的原因，結(jié)合實(shí)際使用情況，提出了機(jī)械密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。通過對機(jī)械密封進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，各項(xiàng)重要參數(shù)均得到改善且滿足設(shè)計(jì)要求，投入使用后表明能有效的提高密封效果和泵的使用壽命，保證了泵軸密封運(yùn)行的可靠性，大大節(jié)省了生產(chǎn)成本。

　　前言

　　煉油裝置輕烴、輕質(zhì)油以及熱油泵一直是機(jī)械密封的消耗大戶，尤其是常減壓裝置減壓塔塔底渣油泵，由于塔底的沉積物及渣油中的固體顆粒和高溫介質(zhì)的存在，使機(jī)械密封的工作環(huán)境惡劣，造成機(jī)械密封失效頻繁，連續(xù)運(yùn)行時(shí)間基本上不超過3個(gè)月，嚴(yán)重影響裝置正常生產(chǎn)。

1、常減壓塔底泵性能及操作參數(shù)

　　減壓塔底泵輸送介質(zhì)為含催化劑顆粒的渣油，壓力≥1.8MPa、溫度380℃，煉油廠減壓裝置普遍采用200AYⅢ-150×2型泵，屬2級單吸雙支承離心油泵，該泵主要性能及操作參數(shù)見表1。

2、常減壓塔底離心泵密封失效原因分析

　　影響機(jī)械密封使用壽命的原因很多，機(jī)械密封在使用中對介質(zhì)的性能、溫度，介質(zhì)流量的穩(wěn)定性，密封腔壓力和冷卻水的質(zhì)量等因素都有一定的要求，同樣，這些因素也影響機(jī)械密封的使用壽命。在煉油裝置中，影響常減壓塔底渣油離心泵機(jī)械密封使用壽命的主要原因有被輸送介質(zhì)性能、流量的穩(wěn)定性和冷卻水的質(zhì)量。

表1 主要性能及操作參數(shù)

　　2.1、介質(zhì)性能的影響分析

　　按照族組成和結(jié)構(gòu)族組成的研究方法，原油主要由4部分組成，按重量組成大小依次為膠質(zhì)、芳香分、飽和分和瀝青質(zhì)，經(jīng)減壓塔精餾后，原油中的膠狀瀝青物質(zhì)絕大部分存在于石油的減壓渣油中，且富含S、O、N以及一些金屬元素等雜質(zhì)，這些雜質(zhì)對金屬物質(zhì)的腐蝕性極強(qiáng)，尤其是在高溫狀態(tài)。如果泵密封腔前底套材質(zhì)選擇不當(dāng)，則會因?yàn)榈滋椎难杆俑�蝕磨損而造成很難保證長時(shí)間的密封間隙要求，泵高壓端介質(zhì)會克服封油壓力大量涌進(jìn)密封腔，壓力急劇上升，同時(shí)引起摩擦副的腐蝕磨損，促使密封很快失效。

　　2.2、輸送介質(zhì)穩(wěn)定性的影響分析

　　離心泵在運(yùn)行中，因工藝條件的影響，使介質(zhì)流量忽大忽小或介質(zhì)中斷，溫度高時(shí)在流量小的情況下容易產(chǎn)生氣阻，造成泵體內(nèi)產(chǎn)生較大負(fù)壓而形成抽空現(xiàn)象。泵在抽空時(shí)，高度真空使機(jī)械密封動靜環(huán)在大氣壓作用下，引起軸向位移，使摩擦副表面脫開。同時(shí)，抽空狀態(tài)下，由于狀態(tài)的不穩(wěn)定，維持摩擦副正常運(yùn)行的液膜被破壞，動靜環(huán)之間出現(xiàn)干摩擦或半干摩擦的不正常磨損，兩環(huán)端面處在氣流的劇烈沖擊下會出現(xiàn)麻點(diǎn)、缺口甚至開裂，使機(jī)械密封完全失效。

　　2.3、冷卻水質(zhì)量的影響分析

　　對于常用未經(jīng)處理的冷卻水，因?yàn)楹�鈣質(zhì)較多而容易結(jié)垢，冷卻效果差。特別是熱油泵，機(jī)械密封軸套受高溫介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，表面溫度較高，造成密封軸套端部、動環(huán)與靜環(huán)內(nèi)孔以及波紋管膜片內(nèi)部處結(jié)垢。離心泵在運(yùn)行中，由于垢質(zhì)的逐漸加厚，一方面堵塞冷卻水通道，另一方面造成旋轉(zhuǎn)軸套與靜環(huán)、波紋管膜片發(fā)生短路，使得波紋管失去彈性，靜環(huán)不能做軸向的補(bǔ)償位移，并加速靜環(huán)的磨損和波紋管破壞，引起介質(zhì)從密封端面甚至因波紋管發(fā)生破裂泄漏。另外，由于冷卻效果差，摩擦副溫度上升，使機(jī)械密封端面產(chǎn)生液膜汽化，導(dǎo)致機(jī)械密封端面開啟，造成機(jī)械密封泄漏。

3、渣油離心泵機(jī)械密封的設(shè)計(jì)改造分析

　　3.1、設(shè)計(jì)改造后的密封結(jié)構(gòu)分析

　　針對該泵機(jī)械密封使用壽命短，不能滿足生產(chǎn)安全長周期穩(wěn)定運(yùn)行的現(xiàn)狀，通過對該離心泵原密封尺寸及工藝分析，在不改變原設(shè)備結(jié)構(gòu)的情況下，設(shè)計(jì)改進(jìn)了新的機(jī)械密封結(jié)構(gòu)。

　　改進(jìn)后的泵軸密封,如圖1所示，加裝了三角形迷宮螺旋密封結(jié)構(gòu)。將高壓端喉部襯套內(nèi)孔車成三角形螺旋密封槽，在密封軸套上相應(yīng)位置開出旋向相反(左旋)的同形狀螺旋槽，襯套緊配在泵蓋上并點(diǎn)焊，同時(shí)增大泵蓋底套部位軸向尺寸，保證迷宮螺旋密封的密封能力，有效控制其內(nèi)漏量，將密封腔壓力控制在較小值，從而為后面的機(jī)械密封的運(yùn)行創(chuàng)造有利條件。

圖1 設(shè)計(jì)改造后的密封結(jié)構(gòu)圖示意圖

　　1)迷宮螺旋密封的工作原理

　　迷宮螺旋密封由螺旋襯套1和螺桿2組成，如圖2所示，在螺桿軸和襯套上分別開螺紋，襯套上的螺紋旋向與螺桿軸上螺紋方向相反。介質(zhì)在襯套與螺桿兩齒面所圍成的若干蜂窩狀空間內(nèi)，介質(zhì)流過這些螺紋時(shí)形成旋渦方向與泄漏方向相反。由于螺桿繞流與襯套繞流介質(zhì)的動量交換結(jié)果，螺桿將能量傳遞給介質(zhì)。螺桿和襯套與介質(zhì)相互作用的結(jié)果，促使介質(zhì)形成強(qiáng)烈的紊流，大大提高了介質(zhì)流動的摩擦阻力，從而達(dá)到密封的效果。

圖2 迷宮螺旋密封

　　2)迷宮螺旋密封的作用效果

　　(1)防抽空作用。由于軸密封位置處于負(fù)壓及高溫工況(介質(zhì)溫度380℃)，密封腔中易出現(xiàn)汽蝕現(xiàn)象，很容易造成抽空。在設(shè)計(jì)密封裝置時(shí)，螺旋密封軸與螺旋襯套之間留有0.3mm左右的間隙，可防止因振動或熱膨脹使相互旋轉(zhuǎn)的內(nèi)外套咬死，當(dāng)少量的高溫渣油通過螺旋槽流入密封腔時(shí)，因受冷卻水冷卻，介質(zhì)溫度降低，粘度增大而停留在密封腔內(nèi)，當(dāng)泵抽空時(shí)，停留在密封腔內(nèi)的介質(zhì)以緩慢的速度流動，減少了密封腔內(nèi)的負(fù)壓。與機(jī)械密封合用時(shí)，在上述情況下，機(jī)械密封動環(huán)和靜環(huán)只產(chǎn)生微量位移，或不產(chǎn)生位移，減少了各密封件的損壞。

　　(2)防結(jié)垢作用。減底渣油泵使用機(jī)械密封時(shí)，軸套因?yàn)槭艿矫芊馇粌?nèi)的介質(zhì)溫度的影響及熱傳導(dǎo)的作

　　用，溫度很高，加之冷卻水含鈣質(zhì)較多，在這樣的溫度下，軸套的密封端與表面、動環(huán)與靜環(huán)內(nèi)徑處以及波紋管各膜片之間很容易結(jié)垢。在螺旋槽與機(jī)械密封合裝后，被輸送的介質(zhì)不能大量進(jìn)入泵密封腔內(nèi)，更不容易置換，加之潔凈封油的沖洗，因此，密封腔內(nèi)介質(zhì)容易被冷卻，粘度變大，溫度不會很高，所以，上述各部位的溫度都低于水結(jié)垢的溫度。所以，螺旋槽與機(jī)械密封合裝使用，可以有效起到防止冷卻水遇熱結(jié)垢的作用。

　　3.2、減底離心泵改進(jìn)密封后的使用效果分析

　　1)設(shè)計(jì)改進(jìn)前后密封運(yùn)行參數(shù)對照參數(shù)對照如表2所示。

表2 設(shè)計(jì)改進(jìn)前后密封運(yùn)行參數(shù)對照項(xiàng)

4、結(jié)束語

　　(1)迷宮螺旋密封因其較強(qiáng)的降壓性能，可廣泛應(yīng)用于石油石化及化工裝置離心泵的前置密封。

　　(2)形成螺紋的螺旋套與螺桿的材質(zhì)必須要具備較高的耐磨和耐腐蝕性能，以保證密封間隙。

　　(3)常減壓裝置減壓塔塔底渣油泵經(jīng)密封改造后，徹底改觀了該泵的運(yùn)行工況，該機(jī)械密封自2010 年8月投入運(yùn)行之后，至今已使用了14個(gè)月，未發(fā)現(xiàn)泄漏問題，機(jī)泵實(shí)現(xiàn)了平穩(wěn)、長周期運(yùn)行，為裝置正常生產(chǎn)提供了保障。同時(shí)解決了制約煉油裝置系統(tǒng)正常運(yùn)行的瓶頸問題，降低了備件消耗和人工費(fèi)用，實(shí)現(xiàn)了較大的經(jīng)濟(jì)效益。