油浆泵机械密封泄漏分析及对策

第6期

油浆泵机械密封泄漏分析及对策

赵红花

（南京扬子石油化工设计工程有限责任公司， 江苏 南京 210048）

[摘 要] 国外进口的油浆泵存在着机械密封寿命短、泄漏频繁、检修率高的问题。文章分析了导致油浆泵机械密封泄漏的原因，分别对油浆泵的封油系统、冷却水和油浆外送量进行了改造和调整，改造后延长了机械密封的使用寿命，做到了长周期运行。

[关键词] 油浆泵；机械密封；泄漏分析；改造措施

表1 离心泵主要性能参数

扬子石化炼油厂催化裂化装置分馏塔T-201塔底回流泵(P208油浆泵)是催化裂化装置的主要设备，为两开一备布置，共计3台，由美国GOULDS 公司制造。该泵为单级单吸悬臂式离心泵，主要性能数据见表1。

位号：P-208型号：3700

3×6-13N/M 名称：油浆泵制造厂：美国GOULDS 转速：2900 rpm 介质：含催化剂颗粒 的油浆扬程：105 m

操作温度：360 ℃入口压力：0.25～0.3 MPa

出口压力：1～1.5 MPa

冲洗油（封油）：60℃柴油密封腔压力：0.5 MPa 机械密封型号：DBM65A型金属波纹管机械密封

油浆泵介质（油浆）温度高，密度大（1.09～1.1Kg/m 3），且含有较高浓度的催化剂（A12O 3及SiO 2）、焦粉等固体颗粒，最高浓度可达30g/L ，这些颗粒硬度高且容易聚集，粘附在机封波纹管上，致使机封波纹管结垢，失去弹性，导致机封泄漏。2008年油浆泵机封泄漏共计25次，机封平均寿命只有2.9个月，给装置的长周期运行造成很大隐患。

1 机械密封系统结构

机械密封形式为波纹管集装式机械密封，其组装图见图1。该机封摩擦副中动环材质选用表面喷涂氧化铬（CrO ），静环材质选用硬质合金YG6，该配合属于“硬质合金—硬质合金”形式。其余各材料为不锈钢。机械密封的辅助系统采用了外冲洗结构。冲洗液为60℃柴油，冲洗液压力为0.6MPa ，经机封压盖进入密封腔，对着密封端面冲洗，带走摩擦热，隔断油浆进入密封腔，改善端面摩擦状态。[1]

1：轴封垫；5：动环辅助密封圈；6：金属波纹管；7：静环；

9：防转止推销；11：唇式水封；12：卡簧；14：底套

图1 机械密封组装图

作者简介：赵红花（1982—），女，2005年毕业于南京工业大

学安全工程专业，助理工程师，现在南京扬子石油化工设计工程有限责任公司工艺室从事设计工作。

- 50 -安全密封石油与化工设备2010年第13卷

2 油浆系统工艺流程

油浆系统流程如图2所示，油浆泵P208将分馏塔塔底的高温油浆抽出，一部分油浆外送出装置，大部分经过油浆换热器(E208)换热降温后分成两路返回分馏塔，下面一路返回线为“油浆下返塔”，返回分馏塔塔底，用于控制分馏塔塔底油浆温度；上面一路返回线为“油浆上返塔”，返回分馏塔塔底“人字挡板”上，用于洗涤反应油气中的催化剂，同时给高温油气降温。

3 机械密封失效主要原因分析

油浆泵机械密封在2005年进行过改造，改造后最长运行周期达到6000小时，因此可以判断，机封波纹管失效可排除机封设计选型不当的原

因。通过对机封波纹管失效原因关联图（图3）分析，发现引起机械密封波纹管失效泄漏的末端因素有10个，对10个末端因素进行逐一验证后发现，主要原因有3个。

图2 油浆系统工艺流程图

图3 机封波纹管失效原因关联图

3.1 冷却水管线堵塞

由于油浆温度在350℃左右，冷却水在冷却泵体中容易结垢，致使冷却水管线堵塞，冷却水水量降低，机封密封腔温度升高，波纹管结焦速度加快，导致机封泄漏。经现场试验发现，当泵冷却水水量降低一半，油浆泵机封压盖温度从120℃升至250℃，在48小时以后，机封密封面处开始泄漏。3.2 油浆外送量小

油浆的一个作用就是脱除油气中的催化剂，因此油浆中的催化剂含量会越来越高，通过油浆外送可以降低催化剂含量。通过对比2007年和2008年的油浆固体含量与外送量的数据表（表2），发现2008年油浆外送量明显小于2007年，外送量小导致油浆系统中催化剂颗粒含量增高，加大了机封内部结焦，缩短了机封的寿命。

- 51 -

第6期 油浆外送量t/h 油浆固体含量g/L 月份2007年2008年2007年2008年1 4.2 3.1 6.6112.302 4.1 3.2 6.7111.803 4.2 2.8 6.6513.504 3.9 3.0 6.9211.205 4.2 3.2 6.6010.656 3.8 2.97.8013.107 3.9 2.57.9015.508 4.3 2.2 6.5017.809 4.2 3.0 6.6211.3010 4.2 2.6 6.6515.1511 3.8 3.17.9511.0012 3.9 3.07.2011.15平均

4.1

2.9

7.01

12.87

表2 油浆外送量对比表

3.3 封油过滤器堵塞

油浆泵封油系统（如图4所示）在进泵机封压盖前有一个DN20的Y 型过滤器，但过滤器后面没有阀门，无法清洗过滤器，长时间运行后柴油中一些杂质堵塞了过滤器滤芯，封油无法注入机封密封腔，油浆反窜至密封腔，在机封波纹管处结

焦，导致机封泄漏。

图4 封油系统

4 对策及措施

综上所述，机封波纹管失效的主要原因为：冷却水管线堵塞、油浆外送量小和封油过滤器堵塞。针对这3个原因分别采取了如下改造措施。4.1 疏通冷却水管线

通过定期对冷却水管线进行化学清洗，去除管线中的污垢，疏通冷却水管线。并去除了冷却水管线回水试镜，改成敞口式（如图5所示），以

便观察管线是否有堵塞现象。

图5 敞口式回水图

4.2 加大油浆外送量

2008年每班油浆外送量控制在2t/h ，一天48吨；2009年油浆外送量每班控制在4t/h ，一天96吨。表3为2009年9月1日至10日油浆外送数据与2008年同期对比表。

日期油浆外送量，

吨/天日期油浆外送量，

吨/天08.9.147

09.9.199

08.9.24809.9.210008.9.34809.9.39908.9.45009.9.49808.9.55109.9.59808.9.64609.9.69608.9.74709.9.79608.9.84709.9.89508.9.94809.9.99808.9.10

48

09.9.10

100

表3 油浆外送量对比表

4.3 改造封油注入流程

现有的封油注入流程无法进行过滤器疏通，通过在过滤器前后各增加一个阀门，改造封油注入流程（见图6），改造完成后，只要关闭阀1，阀3，隔断封油，并打开阀2排空物料，就可在线

疏通过滤器。

图6 封油注入流程（下转54页）

赵红花 油浆泵机械密封泄漏分析及对策

- 54 -腐蚀防腐石油与化工设备2010年第13卷

2 腐蚀机理分析

2.1 均匀腐蚀和冲刷腐蚀

管材外表面存在均匀腐蚀和冲刷腐蚀。碳素钢在氨水溶液中腐蚀速率不高，约在1mm/a以下，具体数据如下：

氨水浓度（％）

各温度下的腐蚀速率（mm/a）25℃50℃80℃100℃

﹤30﹤0.05﹤0.050.05～0.50.05～0.5

40﹤0.05---100（氨）﹤0.05﹤0.05﹤0.05﹤0.05

换热器工作温度及氨水浓度均不高，并且通过测量，管外壁的腐蚀层约0.1mm。因此，管外壁的均匀腐蚀和冲刷腐蚀不是失效的主要原因。

2.2 溶解氧腐蚀

在循环水中存在大量的溶解氧，溶解氧随循环水流动，并穿过滞流层扩散到金属表面，发生氧离子化反应：

?O2+H2O+2e→2OH-

而金属作为阳极，发生阳极反应：

Fe→Fe2++2e

从而促使阳极金属不断溶解，发生耗氧腐蚀，在钢管内壁形成腐蚀产物。在耗氧腐蚀中，氧的扩散对腐蚀速度影响很大，扩散越快，腐蚀电流越大，腐蚀就越快。因此，循环水的流动速度、氧含量和环境温度直接影响腐蚀程度，流速越快，氧含量越高，温度越高，则腐蚀越严重。

2.3垢下腐蚀

管内循环水中的污垢、各种上述腐蚀类型产生的腐蚀物附着在管内壁，形成一定厚度的腐蚀垢，腐蚀垢与管内壁的缝隙在一定的尺寸范围内时，缝隙中存在的液体不能自由流动，腐蚀垢阻止了氧扩散，缝隙区域的氧消耗后难以得到补充，缺氧区域形成阳极区；而其周围能得到自由输送的氧的区域（没有腐蚀垢的管壁或腐蚀垢与管壁缝隙足够大的区域）形成阴极区，从而构成氧浓度差腐蚀原电池。由于阴极区远大于阳极区，大阴极小阳极的组合造成较大的腐蚀电流，加速了腐蚀速率。另外，覆盖在金属表面的垢层影响换热管传热性能，致使管内局部温度升高，进一步加快了腐蚀速率。随着时间的推移，阳极区域不断溶解，形成腐蚀孔，乃至穿透换热管壁。

3 结论与建议

综合上述分析，换热管腐蚀的主要原因如下：

（1）管子内壁发生耗氧腐蚀，并在腐蚀产物及管内污垢与基体之间发生了严重的垢下腐蚀，导致管子局部穿孔。

（2）大量污垢及内表面腐蚀产物沉积在管子内表面，导致管子传热性能下降，局部温度升高，加剧腐蚀过程。

（3）循环水内含有大量的污垢，而且氧含量偏高，这是导致管内严重积污与垢下腐蚀的重要原因。

建议对水质进行监控，减少循环水中的污垢，并进行除氧，降低水中的氧含量，以减缓管内的腐蚀程度。

◆参考文献

[1] 陈匡民.过程装备腐蚀与防护[M].北京:化学工业出版

社，2001，29-34.

[2] 廖景娱.金属构件失效分析[M].北京:化学工业出版社， 2003，82-108.

收稿日期：2010-4-16；修回日期：2010-05-19

◆参考文献

[1] 凌明，李浩.催化油浆泵密封失效分析及对策[J].化工设

备与管道，2006，43︰(1)：49～52.

收稿日期：2010-05-05；修回日期：2010-05-20

5 改造效果

通过以上改造措施，机泵冷却水回水温度从50℃下降到44℃，机封压盖处温度从120℃下降到80℃，油浆中固体含量从平均12.87g/L下降到平均8.1g/L，封油过滤器后封油压力稳定在0.8MPa左右。油浆泵自改造措施实施后到2010年1月，机封从未发生泄漏，已经连续稳定运行了8000小时。2005年至2008年期间平均每台检修费用为：人工费5000元/台+材料费8000元/台=1.3万元/台，每台泵平均运行周期为2.9月；改造后每台泵平均运行周期12个月，每年可减少8次检修，平均年节省费用：1.3万元/台×8×2台=20.8万元，改造投入费用0.8万元，共计产生经济效益20万元。

（上接51页）