近年来，在炼化企业发生了多起高温油泵密封泄漏导致的着火事故，给装置的安全运行及生产任务的完成带来了严重影响。本文通过分析高温油泵的工况条件、传统端面的密封结构，提出了机封改造的方案，实现改造的目的。

高温油泵是指输送介质温度大于或等于自燃点的离心油泵。近年来，在炼化企业发生了多起高温油泵密封泄漏导致的着火事故，给装置的安全运行及生产任务的完成带来了严重影响。据不完全统计，炼化行业中高温油泵故障率在所有设备故障中所占比例接近50%，其中高温油泵机封故障约占15%，因此，炼化企业对高温油泵的机械密封改造势在必行。

工况条件分析

九江石化厂高温油泵主要集中在催化、常减压、焦化、溶脱等装置的油浆泵或重质油泵，特别是各反应塔的塔底泵。这些机泵一般具有以下几方面的共性：

介质粘度大：油浆及重质油品粘度一般在0.06~2×10-4m2/s，易造成机封波纹管断裂从而引起机封泄漏。

图1 高温油泵采用了串联机械密封，能够更可靠，更安全地运行

密封腔压力低：泵入口压力一般在0.1~0.3MPa左右，出口处通过一平衡管与入口相连，因此密封腔压力一般在0.6MPa以下，极个别的双支撑泵腔压在0.6MPa以上，但一般不超过1MPa，易形成抽空或气蚀损坏机封引起泄漏。

介质中含部分固体颗粒：由于炼厂催化剂跑损难以避免，与催化油浆系统相关的油浆泵中一般含粉尘状催化剂；焦化装置重油中含焦粉等。易使密封端面划伤或波纹管夹渣等引起机封泄漏。

介质含硫组分：重油中的硫组分在高温条件下会引起高温硫腐蚀，易使机械密封波纹管等金属材料腐蚀加剧，引起机封腐蚀泄漏。

这几种共性或单独起作用、或相互共存起作用，都或多或少会引起泄漏，如波纹管断裂、泵抽空、密封端面划伤、波纹管弹性失效、金属元件腐蚀等。因此，高温油泵密封泄漏引起的设备故障居高不下，对炼厂装置的安全运行及生产任务的完成带来了严重影响，同时对环境也造成一定的破坏。

图2 传统高温机封结构示意图

传统端面密封结构分析

以往九江石化厂高温机封一般采用单或双端面波纹管密封结构，冲洗方案一般采用API682中的PLAN32+62方案，32方案是自泵外部引一洁净介质接管引入密封腔冲洗，带走部分摩擦副的热量；62方案是一冷却结构，外部引入急冷液，一般在有节流装置配套情况时使用，具体结构见图2。

从图中可以看出，32方案中冲洗液可冲洗波纹管并将密封端面摩擦副产生的部分热量带入介质中，62方案的急冷液通过动环、静环、轴套间隙处，将机封及密封端面摩擦副产生的部分热量带走。但只要密封失效，就会产生泄漏，从而使介质暴露在空气环境中自燃。

此种方案的优点在于投入的成本低，可满足介质的基本密封要求。不足之处在于介质泄漏后会直接与大气环境接触引起燃烧，同时无法对密封的运行状态进行实时监控，只能靠人工巡检的方法对密封的泄漏进行观测。

改造方案

因各个厂家生产的机泵密封腔尺寸各不相同，通过与泵生产厂家及密封件厂家充分商讨后确立密封改造方案。提供的方案有：PLAN32+52、PLAN32+53A、PLAN32+54。52方案是外部容器为无压双端面密封的外部密封提供缓冲液，当正常运行时，循环液通过内部泵送环维持，容器通常连续向蒸汽回收系统排气并且维持压力低于密封腔压力；53A方案是外设加压隔离液储罐提供洁净的液体给密封腔,循环由内部泵效环完成，隔离液储罐的压力高于被密封工艺液体的压力；54方案是有压的外部隔离液容器或系统向密封腔提供洁净介质，循环液通过外部泵或压力系统循环，容器压力大于所要密封的流程压力，通常和有压双端面密封一起应用。考虑现场安装条件及设备的本质安全，最终确立使用PLAN32+53A的密封改造方案。此种方案的特点：

●封液压力高于介质压力，保证高温工艺介质零逸出；

●储液罐配置液位及压力报警开关，可实时监控机封运转情况，提高了安全等级；

●机封为串联波纹管密封，在一级密封失效时二级密封实现主密封功能，提高设备运行安全等级。

考虑高温油泵介质的特性，对机封选材方面作了改进，波纹管采用inconel 718，密封面采用进口浸锑石墨、进口碳化硅或碳化钨（如图3）。

图3 机封材质选用及布置图

密封液采用32#化妆白油，通过泵送环循环使用。白油通过罐内脱盐水换热冷却，顶部采用外接0.7?MPa低氮保压，确保一级密封泄漏时，介质无法进入二级密封腔内，从而避免介质直接与大气接触。通过压力、液位报警，可第一时间远程监测密封泄漏情况，确保设备本质安全（如图4）。

九江石化厂共改造了50多台高温油泵机械密封已近2年，改造效果较理想。全厂改造后未出现机封泄漏导致介质泄漏到环境中，改造前部分机泵密封腔温度最高可达80℃，改造后一般最高温度不超过70℃。从日常维修频次来看，平均维修率仅原来的50%左右；从拆下来的机封波纹管来看，波纹管补偿性更好；通过白油罐液位监测，中控室可以直接观测到机封泄漏情况，保证了设备的本质安全。

图4 改造后的机封系统图

小结

高温油泵串联机封的改造应用，从本质上解决了高温重油介质泄漏到环境中引起着火的危害，同时减少对环境的污染。与传统端面高温机封相比较，串联高温机封更可靠、更安全，材质的升级也使机封的运行寿命更长，提高了设备的长周期运行寿命。这种密封方式为液态烃等高危机泵密封改造提供了参考。