焦化装置高温油泵机封改造

2023-02-14

天津石化230万吨/年延迟焦化装置在2012年大修期间, 对十台高温热油泵机械密封进行了改造, 由原来的单端面波纹管机械密封改造为双端面波纹管机械密封。密封冲洗方案由原来的P32+62改造为P32+53A。

一、原机械密封的结构原理

由于介质中含有焦粉, P32方案中外冲洗油注入密封室对密封面进行冲洗, 防止焦粉损伤密封面, 且避免波纹管处聚集焦粉影响波纹管弹性。

背冷蒸汽 (P62) 对机械密封进行冷却, 使得进入密封室的热油温度降低, 无法达到焦化温度, 从而避免波纹管处结焦, 影响波纹管弹性。

该种密封形式存在安全隐患。随着机泵长时间运行, 密封面会逐渐磨损, 一旦密封失效, 泄漏, 高温热油喷射到大气中, 引起火灾。

二、改造后的机械密封结构原理

冲洗油进入到密封室, 对内侧密封密封端面进行冲洗, 防止介质中的杂质对密封面磨损, 采用的是P32冲洗方案。

在氮气压力的作用下缓冲液通过缓冲液入口进入内侧密封和外侧密封之间, 在泵送环的作用下通过缓冲液出口, 回到白油罐, 实现循环, 采用的是P53A方案。

如图1所示, 缓冲液 (白油) 储存在一个有压的容器 (白油罐) 内, 通过氮气对白油加压, 白油罐内设计有冷却水盘管, 通过循环水对缓冲液进行冷却。

系统中设计有压力报警和低液位报警, 能及时提醒操作人员调节合适的压力值 (高于密封室压力0.2~0.4Mpa) 以及足够的液位。

1. 该缓冲液所起的作用有

(1) 当内侧密封失效, 由于缓冲液压力大于密封室压力, 缓冲液会迅速进入密封室, 白油罐液位急剧下降, 直观的提醒操作人员内侧密封已经泄漏, 但由于是两套密封串联使用, 介质不会泄漏到大气中, 避免次生事故的发生;当外侧密封失效时, 白油外漏至大气中, 且白油罐液位快速下降, 比较直观且比较安全。

(2) 缓冲液对外侧机械密封密封面进行润滑, 防止干摩擦。

(3) 由于缓冲液有自己的冷却系统, 所以它能带走外侧机械密封摩擦产生的热量, 实现对外侧密封的冷却。

三、改造后密封的特点

1. 机械密封金属波纹管的焊接特点。

众所周知, 金属波纹管机械密封的功能主要决定于密封面的质量和波纹管的弹力。

选择一个合适的弹力使两个密封面始终能保持恰到好处的贴合, 形成0.005mm左右的液膜。波纹管弹力过大过小, 都会带来不良后果。弹力过小, 则泄漏量大;弹力过大, 则密封面容易磨损, 缩短了使用寿命。

波纹管由若干个波纹片组焊而成, 而每个波纹片由四个不同圆弧和一个边缘角组成, 当波纹管受力后, 产生F力 (图2) , 根椐力的矢量, 分解为F1和F2, 而力F1的作用有将波纹片拉平的趋势, 它的反作用力主要是弹力;F2是轴向力, 它主要体现工作时轴向补偿力。要保证波纹管的弹力适当, 则F1与F2之间须有合适的比例, 而这个比例是随波纹片圆弧大小而变化的。

根据弹性理论分析, 波片与波纹管轴线保持倾角可降低应力, 其中最大的弯曲应力随角度增加而减小, 在45°时为最小。波纹片受力时, 由于45°角度波纹片产生同步变形, 对焊缝不产生疲劳应力, 因此焊缝不会产生裂纹, 大大提高使用寿命。