何家祥，邱 伟，张立君

（江苏斯尔邦石化有限公司，江苏连云港 222000）

0 引言

在石油化工装置中，旋转动设备是日常维护的核心关键点，由机械密封失效导致的设备维修费用能占到50%以上。延长机械密封的使用寿命，不但能节约费用，还能降低检维修作业的安全风险。机械密封在我国已经应用了几十年，技术条件比较成熟，设计选型制造已经接近标准化。在机械密封已经相当成熟的条件下，设备专业技术不但要把握好机械密封套装的产品质量，还要结合装置实际分析机械密封非设计制造因素引起失效的因素，从而延长机械密封的运行周期。

一般说来，完整的机械密封包括机械密封本体和机械密封辅助冲洗系统，并且两者同样重要。机械密封是离心泵常见的轴封系统，根据不同的机械密封及泵工况、不同的风险，采用相应的机械密封辅助冲洗系统，在现场实际使用中不太考虑技术条件和现场工况。总之，机械密封冲洗是一种或者多种因素综合考虑的结果。只要合理、正确地设计制造和选型，正确使用机械密封，就能保证机械密封运行寿命。

1 机械密封失效分析

在机械密封已经接近标准的同时，石化装置大量采用了集装机械密封，这样不需要再考虑机械密封设计、制造、安装方面的因素引起的失效，只需要考虑机械密封的使用、维护、操作等因素：泵内输送介质的物理和化学性质比如毒性等级、易燃易爆炸、易汽化、结晶、聚合、颗粒度等是选择机械密封和辅助系统的重要依据；机械密封的安装空间，如泵腔结构也是选择时考虑的因素；机泵工况以及操作条件的工艺参数是选择密封剂辅助系统的基本条件。总之，机械密封及辅助系统的选择是一项复杂的系统工程，需要综合考虑泵、密封条件、工艺条件、介质特性等各方面因素。

2 典型失效案例

机械密封一般失效分为机泵异常引起的失效、轴向力的影响、泵带液或抽空、错误操作、维护不当等。机械密封冲洗系统失效是常规失效之一，与机械密封本体失效的因素类似。

2.1 PLAN53B 密封冲洗系统

在易燃易爆、有毒有害的石油化工装置中，高危泵的双端机械密封冲洗系统采用PLAN53B 冲洗方案，如高温轻烃泵、燃料油泵、半贫泵等。API682 中的PLAN53B 是典型的布置方式和常见的带压密封系统。

首先需要明确的是，仅仅是对泵组（含冲洗系统）进行低压气密试验。气密时，建议不必要投蓄能器，也无需充气。仅用10 bar（1.0 MPa）的密封油封泵进行气压试验。正常运行时，应当是先对蓄能器充气，然后再向油罐加油。如果反顺序充，则可能因为加入的油过多蓄能器无法充入气体（液体具有不可压缩性）或者有可能压力过大、进入介质侧。充气压力应在低于系统最低工作压力的90%（一般为60%～80%）和高于最高工作压力的25%范围确定。以现在的工况为例：低压气密时，密封油压力要求为1.0 MPa，而且最低不能低于介质侧压力。所以取最低工作压力为0.6 MPa、最高工作压力为1.1 MPa，于是充气压力的范围在0.275 MPa（1.1×0.25）～0.42 MPa（0.6×0.7），充气压力选中间值即0.35 MPa。密封罐或压力活塞顶部的放空阀关闭，压力指示正常，要求隔离液压力高于被密封介质2～3 bar（0.2～0.3 MPa）。

德国进口的蓄能器，作用与原理都是对系统稳压、减少系统波动的。当时确定的充装压力是按出口管路的70%～80%。其实道理是一样的，这蓄能器也是对外置冲洗系统稳压作用，更倾向于（4.1～4.5)×（70%～80%) 与进口压力是37 bar（3.7 MPa）+压差（密封腔的压力）进行比较，建议取37～41 bar（3.7～4.1 MPa）。这主要是保证充洗液能正常进入密封腔。隔离液压力高于被密封介质2～3 bar 是关键指标。这个充气压力在气密阶段是不必要的，可以不考虑投用蓄能器但密封罐或压力活塞顶部的放空阀关闭要提前关闭。这时液位视镜就能正常看到，按标准加油即可。事实上要了解装配的带液位开关LS 的液位计结构，它与油罐上的LI 是对应的（300～500 mm），而且还有LS 和PS 联锁。

蓄能器充气、油罐加油时，密封罐或压力活塞顶部的放空阀要打开。PLAN53B 正常投运后，密封罐或压力活塞顶部的放空阀是关闭的。蓄能器正常运行时无需要检测，重点监控的油罐内的液位与压力，当油罐内的压力降到只高于密封腔压力0.5 bar（0.05 MPa）时，需要补液或者增加气囊内的压力（保证隔离液压力高于被密封介质2～3 bar）给蓄能器气囊冲氮压力，只能靠成套的外置充装工具上的压力表来确认。

2.2 PLAN54 密封系统

PLAN54 密封系统是带压双端面密封冲洗方案，简单实用，在石油化工装置中的配置率也较高。该密封冲洗系统的密封冲洗不参与介质交换，可以由装置内的某台机泵为装置内的所有采用PLAN54 密封冲洗系统的机泵提供密封冲洗水。由于各泵密封腔的压力不一致，需要在各泵的入口设置小型的流量计、压力表、调节装置等，为每台机泵提供相应压力的密封冲洗水，并保证每台机泵的密封冲洗能从PLAN54 密封系统的管网系统里独立切换出来进行检维修。

PLAN54 密封系统优化运行措施：由于PLAN54 密封系统是由一个位号的机泵进行集中供应封水，必须要保证供水机泵有较高的可靠性和稳定性，否则整个PLAN54 密封系统管网将会失效进而导致所有采用该系统的机泵的机械密封失效，造成严重的机械密封失效事故，严重时可能造成安全环保事故。同时，PLAN54 密封系统是一个较为复杂的管网系统，如果某台机泵的介质泄漏进入管网将会让PLAN54 密封系统受到影响，冲洗水系统将会受到污染。

2.3 高温高压热水机械密封系统

PLAN23 冲洗方案是高温高压热水机泵，例如锅炉水泵的典型密封冲洗方案，它是在普通机械密封方案PLAN21 的基础上延伸出来的单端面密封的典型冲洗方案，也可以作为双端面密封的第一道冲洗方案。PLAN23 是标准的API 密封冲方案。

高温热水机泵机械密封系统优化运行措施：所有的高温机械密封及冲洗系统，在检修之后、长期停运或者启泵前均需要对泵及密封冲洗进行彻底排气，让介质充满泵腔及密封冲洗系统，保证介质充满泵及管线系统，进行系统运行顺畅。采用PLAN23 密封冲洗系统的机泵在轴颈处均有节流衬套和节流环，只让少量的介质通过密封系统进行冷却冲洗密封端面，封水冷却器的能效较高，需要根据机械密封冲洗系统的温度表上升趋势及时进行维护。在设计时需要在封水换热器的冷却水系统设置快开阀门，以便进行在线冲洗和反冲洗封水冷却水管线，从而保证温度低于该压力下热水沸点65 ℃以下。在启泵前或温度过高时，需要彻底清洗和疏通封水换热器的壳程和管程。

3 结论

介绍了大型石化装置中机械密封失效的因素及分类，并对高温高压热水机械密封冲洗系统进行了较为系统的分析，介绍PLAN54 密封冲洗集成方案、PLAN53B 冲洗方案。综合多种失效因素，对现场检维修和日常维护的关键点进行了简明分析，以确保机械密封系统能安全、有效、长周期地运行。良好的密封系统不但能为生产保驾护航，还能节约修理费用，提高企业的经营效益。