浓硫酸泵机械密封泄漏分析与防治

邵国威

(中国石油锦西石化公司，辽宁省葫芦岛市 125000)

摘要：烷基化装置浓硫酸泵频繁泄漏，浓硫酸泄漏会对大气环境造成污染、腐蚀设备本体，严重的还会造成人身伤害，所以从根本上治理浓硫酸泵机械密封的泄漏尤为关键。本文通过拆解失效的机械密封后，分析了引起机械密封失效泄漏的原因，并提出了有效防治浓硫酸泵的机械密封泄漏的措施。

关键词：机械密封；有毒有害；离心泵；失效分析

石油化工装置中输送的介质大多数有毒有害、易燃易爆、高温高压。当机泵机械密封失效后，介质一旦泄漏，造成的后果将是严重的。浓硫酸泵作为提供烷基化反应催化剂的动力设备，该泵的稳定性保证了烷基化装置的平稳运行。对于烷基化装置浓硫酸泵机械密封失效，通过对生成产物的灼烧，分析垢样的产生条件，通过制定更为合理的机械密封冲洗方案、布置方式、离心泵的选型，来提高机械密封的使用寿命，降低故障维修率。

1 机械密封泄漏失效现象

当机械密封泄漏时表现为在轴套与压盖之间漏出15#工业白油，根据现场情况判断为辅密封失效，严重时在烷基化装置开工初期，浓硫酸泵机械密封使用寿命平均约为一个月更换一次，长期泄漏致使工作现场存在很大的安全隐患，同时维修次数的增加，带来了很大的经济损失。

烷基化装置浓硫酸泵输送的是90%—99%的浓硫酸，属于有毒有害类机泵，烷基化装置共有8台浓硫酸离心泵，存在频繁失效现象。在对机械密封拆解后发现有大量黑色杂质堆积，造成弹簧卡涩，密封油泄漏，机械密封失效。

1.1 垢样分析

1.1.1 结垢概况

中石油锦西石化研究院对采集垢样进行了初步分析，垢样来自浓硫酸泵机械密封处。

1.1.2 垢样外观

机械密封处垢样外观如图1，垢样呈灰黑色，浸泡在密封油中。

图1机械密封处垢样

1.1.3 垢样分析

将垢样在烘箱中105℃脱水后，放入550℃马弗炉中灼烧2小时后，计算550℃灼烧减量，机械密封处垢样有机物或聚合物含量为72.97%，550℃灼烧减量代表垢样中有机物含量或者代表垢样中550℃变为气体的聚合物含量。

将垢样在烘箱中105℃脱水后，放入550℃马弗炉中灼烧2小时后，机械密封处垢样变为深红棕色粉末状固体，如图2所示。从灼烧后垢样外观看，可能含有铁的氧化物，说明550℃灼烧后余下的20%多垢样中可能含有铁的腐蚀产物，需要下一步滴定分析。

图2 密封处垢样（550℃灼烧后）

1.1.4 垢样初步分析结果

垢样中大多数为有机物或者550℃变为气体的聚合物，可能含有少量的铁的腐蚀产物。

1.1.5 机械密封失效机理

浓硫酸具有极强的氧化性，在常温常压下将浓硫酸与15#工业白油常温混合反应实验，未发现问题。但在泵运行中，机械密封动静环产生摩擦热，浓硫酸或高浓度酸性气与机械密封使用的15#工业白油接触后，15#工业白油中的一些物质成分就会被氧化产生黑色胶状物，同时它有很强的吸水性和脱水性，使杂质脱水并在弹簧中积聚，由于随着胶状物的慢慢增加，就会使密封弹簧的补偿作用失效，造成机械密封泄漏。

2 防治措施

2.1更换更合理的P53B机械密封冲洗方案

烷基化装置泄漏频繁的四台浓硫酸泵采用P53A机械密封冲洗方案，0.4MPa低压氮气为外部供压源。烷基化装置浓硫酸泵使用的机械密封采用布置3，即密封配置密封座有两个动、静环密封，在压力大于密封室压力下利用外部供给的阻隔液体。经过改型后冲洗方案变更为P53B，该方案与P53A不同的是，P53B热量通过一空气冷却的或水冷却的换热器由该循环系统除去，另外通过使用一预加压的胆式蓄压器用保持在密封管线中的那个压力[1]，密封油罐压力也从0.4Mpa增加到0.7Mpa。实际使用后，机械密封使用寿命明显增加约5个月，机械密封失效也表现在密封油系统压力下降，现场无滴漏现象，但随着黑色杂质堆积，与P53A密封冲洗方案泄漏表现相同，均表现为向外部泄漏。

2.2更换隔离液

根据灼烧后分析得出黑色杂质多为有机物。烷基化装置浓硫酸泵使用的阻隔液为壳牌安定来15# Shell Ondina 15润滑油，该油是矿物油，是通过提炼处理方法而制成，主要由饱和直链烷烃和环烷烃组成。

将阻隔液更换为首诺Therminol 55合成型热传导油，导热油具有抗热裂化和化学氧化的性能，传热效率好，散热快，热稳定好。该导热油可以长期在300℃下使用，甚至可以应对短时高达315℃的使用温度，并且合成导热油与矿物油相比不容易因氧化而产生淤渣。经烷基化装置实际使用时，对比使用15#工业白油，机械密封使用寿命有一定延长。

2.3更换为磁力泵

磁力泵由泵头、磁力传动器、电动机、底座等几部分零件组成。磁力传动器由外磁转子、内磁转子及不导磁的隔离套组成。选用磁力泵，当电动机通过联轴器带动外磁转子旋转时，磁场能穿透空气间隙和非磁性物质隔离套薄壁传动扭矩，所以传动轴不需要穿入泵壳，而是利用磁场带动与叶轮相连的内磁转子做同步旋转，实现动力的无接触同步传递，将容易泄露的动密封结构转化为零泄漏的静密封结构。由于泵轴、内磁转子被泵体、隔离套完全封闭，因此从根本上消除了轴封的泄漏通道，实现了完全密封，可保证长周期平稳运行，彻底解决了硫酸泵泄漏的问题。但同时，磁力泵的缺点也是较为明显的由于受到材料及磁性传动的限制，输送介质温度不宜过高，并且当泵过载、抽空或操作温度高于磁钢许用温度时就会发生退磁现象，严重时烧坏滑动轴承和隔离套等。

2.4日常生产中的防治

除了以上改型等手段解决机械密封泄漏的问题，还可以在日常生产中延长现有机械密封使用周期。采用的方法是将备用机泵出入口阀门关闭，排净机泵内介质减少浓硫酸与阻隔液接触的机会，让另一台工作机泵一直保持运转状态直至机械密封泄漏时，再切换备用机泵，此方法可适当延长机械密封使用寿命，烷基化装置采用此方法后可延长机械密封使用寿命约2个月左右。

2.5 其他炼厂做法

上海赛科石化公司废酸装置使用福斯串联式机械密封方案的离心泵同样频繁泄漏。上海赛科的另一种解决方法是使用单封，机械密封无润滑油也就不存在浓硫酸氧化白油的问题，密封使用寿命更长，机泵无故障可以长周期运行。缺点是密封一旦泄漏存在较大的安全风险。

经调研中石油吉林石化公司浓酸原料泵全部采用磁力泵，维修故障率低，机泵可以保证长周期安全稳定运行。

3 结束语

除了以上防治措施，更应关注检修质量本身。因黑色杂质会在密封油系统循环、附着导致密封油管线、密封油罐被污染，所以每当浓硫酸泵检修完毕后都应当冲洗、吹扫密封油系统，杂质较多时应拆卸密封油系统压力、液位开关清理，保证投用后指示准确，根据实际情况更换密封油系统相关元件。

综上所述，有效解决了过去机械密封频繁泄漏的问题，提高了机械密封的使用寿命，延长了使用性能，减少了人员暴露在危险状态下的时间及设备维护维修的费用。

参考文献

[1] 陆洪洲．API标准中译本丛书用于离心泵和回转泵的泵—轴封系统[M]．[2]．北京：兵器工业出版社，2002：1-104