丙烯酸酯装置机泵机械密封泄漏原因与改进

来源:真空技术网(www.chvacuum.com)中国石油吉林石化公司电石厂 作者:曾国海

  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。

3、精心操作加强检修

  避免其它原因造成机泵振动,也能延长机械密封的使用周期。联轴器胶块能起到减振作用,胶块损坏容易引起机泵振动,换用聚氨酯胶块,改善了联轴器的现状。在机泵检修过程中,加强了检修验收质量,对检修安装人员要求每次检修用百分表进行找正测量,以保证电机与泵轴的对中精度。

  轴承磨损也是引起机泵振动的主要原因。通过加强备件质量验收管理,杜绝了轴承质量引起的机泵泄漏。将机泵润滑管理列入日常考核内容,确保机泵润滑正常。进一步加强岗位操作人员的培训,做到精心操作、认真巡检,杜绝机泵断料引起机封干磨,杜绝人为因素引起的机泵故障。

  从2009年至2012年,我们先后对46台机泵进行了机封改造,通过采用适当的机械密封结构和材质,加强维护保养、润滑良好,巡检及时、操作得当,有效降低了机泵故障率。机泵故障检修总台次呈逐年下降趋势,装置运行平稳率逐年提高,环境条件得到改善,降低了丙烯酸酯生产成本,提高了市场竞争力。

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