一、前言

某大型石化公司先后建设了多套丙烯腈装置，成为国内主要丙烯腈生产基地。最新建设的丙烯腈装置脱氢氰酸塔釜液泵P-l18，出口压力0.3～0.4MPa，工作温度75℃，输送介质为含少量极度危害介质的剧毒丙烯腈（沸点77.3℃），介质的特殊性质决定了其零泄漏的基本工作工艺要求。

二、故障现象

P-118泵为国际知名流体机械公司的进口离心泵，原装轴封选用约翰克兰5620P型集装机械密封，采用Plan11+PLAN52辅助密封冲洗方案（见图1、图2）。

Plan11+Plan52方案，是串联式机械密封，前一道密封靠泵送介质本身去冲洗，后一道采用密封液冲洗，当第一道密封泄漏时，会泄漏到后面一道密封中，随之Plan52虹吸罐中液位升高，压力也随之升高，压力开关随之报警，总之Plan52就是前面Plan11一道保护性的密封，使泵运行更可靠。通过逆向工程国产化，曾用过弹簧串联机械密封和波纹管面对面双端面机械密封，但是使用效果都不好。

先后曾经出现以下问题：

（1）密封采用循环水，洁净度不够  不管弹簧还是波纹管密封，外侧密封都是软对硬的端面配对，一旦杂质进入密封端面，会使摩擦副受损，导致密封失效。另外如果从第一道密封泄漏介质具有聚合的特性，杂质可能会加剧介质聚合，聚合物会影响机封的使用性能。

（2）摩擦副散热效果不好  以前波纹管失效密封曾发现金属变色问题，这应该是温度过高所致。波纹管机封安装的径向尺寸太小（小腔密封），无法设计将缓冲液引向机封端面的导流及泵送循环结构，缓冲液起不到带走摩擦热、搅拌热的降温作用。

（3）循环管路不畅，循环效果不好  弹簧串联密封的外侧密封靠泵送环带动缓冲液循环带走热量，泵送环产生的压头有限，循环管路的管径细小产生的程阻大，会导致缓冲液循环不畅，甚至不循环，起不到给密封循环降温的作用。

三、优化方案

1.采用PLAN54密封方案

参考早期建设的同类装置，P-l18位号泵的轴封密封采用PLAN54辅助冲洗方案，此方案为加压双端面密封系统，机封采用STB35A背靠背接触式湿式波纹管密封，如图3所示。

该方案从外部引入四效废水处理后的废液作为封水。封水从机封冲洗人口进入，然后从出口回流到封水系统中，给机封提供冷却、清洁、冲洗。封水的压力高于内部密封所承受的压力0.15MPa，这就会导致小部分的封水泄到被输送的介质中去，但是此部分量很小，可以忽略不计，但是在实际的使用过程中，常常出现介质外露和封水大量内漏的情况。

原因有两部分造成：

1）密封与泵腔相连的泵腔侧，空间狭小，介质流速低，给介质聚合提供一定的物理环境。而聚合后的固体颗粒导致O形圈和补偿机构出现故障。给机泵P-118的机封密封面带来致命的损伤。

2）机封冲洗水在机泵外部是个巨大封水循环系统，为所有的Plan54冲洗方案机泵提供封水，系统内有一台离心泵P-545集中提供循环动力，这就造成供给压力恒定，而封水系统中的其他机泵密封腔压力却不同，不能满足所有的阻封液的压力都高于内部密封所承受的压力0.15MPa。这样高压密封腔内的介质常常会由于工艺波动，而串入封水系统，进而造成整个封水系统的污染和管道阻塞；低压密封的封水内漏后，由废水处理装置产生的封水（非洁净水）就会污染工艺系统。

基于以上两个原因的合力作用使得封水大量进入介质当中，影响介质的工艺指标和浪费大量的封水。由于封水系统的庞大，这种泄漏的发现常常之后很长时间，一旦封水管路被污染堵塞到一定程度，介质就会经过两道密封面泄漏到大气当中，造成环境的污染和人员中毒的安全事故。在实际的使用过程中，也经常出现介质外泄漏的情况，给维护人员带来了很大的安全隐患。虽然在一定程度上可以比原来减少泄漏频次，但基于以上安全环保和工艺指标要求，新建丙烯腈装置该位号机泵不宜再采用PLAN54密封方案。

2.采用双端面干气密封方案

1）双端面干气密封采用工业氮气或工艺仪表风作为阻封介质，用气体阻塞替代传统的液体阻塞，气体外漏后对环境无任何污染；气体压力高于密封腔介质压力0.1～0.2MPa，可保证工艺液体介质实现零泄漏。

2）干气密封辅助系统中过滤精度为1μm的精密过滤器，可确保通入密封腔中的气体洁净、无任何杂质。

3）干气密封为非接触式密封，机封工作时产热少，不需要刻意要求管线及设置循环冷却措施给其降温就可正常工作。

从以上分析对比内容看，此位号机封虽然在技术上采用干气密封比接触式机械密封更具优势，但是干气密封对工艺操作要求较高，且价格比较昂贵，该密封方案不可取（见图4）。

3.采用PLAN21+PLAN53a密封冲洗方案

为了避免安全事故的发生或将其降到最小。由于介质的沸点为77.3℃，而工作温度为75℃，自冲洗液进入密封摩擦副后温度必定高于其沸点，无法形成稳定的液膜。决定改变原始设计，将PLAN11冲洗方案其改变为PLAN21冲洗方案。

PLAN21冲洗是介质从泵的出口通过限流孔板道、冷却最后回到泵腔的循环过程。介质冲洗液进入泵腔靠近机械密封端面处冲洗端面，然后穿过密封腔回流到泵腔内（见图5）。

冲洗方案21是所有单端面密封的标准冲洗方案。在方案中，工作介质从泵的出口经过限流孔板并冷却后被输送到密封腔，以便对密封进行冷却排空密封腔中的空气和蒸汽。然后流体从密封腔流回道输送的介质中。这种冲洗方案可以清洁机封与泵腔相邻处的密封腔，加速此腔内本来流动量很小的介质的流动量，减小了介质聚合的可能性。

将PALN52改为PLAN53a冲洗方式， 整个密封辅助系统由缓冲罐、组封液、机封、氮气压力源和冷却系统在组成。组封液从缓冲罐壳程进入机封两个密封面间的空间，对机封进行冷却和冲洗，保证了密封腔的洁净度，装在机封动环上面的螺纹环随轴一起高速旋转，带阻封液在回路内建立循环，带走机封上的热量。缓冲罐内的换热盘管在冷却水的作用下又将阻封液控制最佳工作温度。

持续不断供给的氮气源在减压阀作用后，保证缓冲罐壳程的压力长期稳定高于被密封介质压力0.14MPa，无论是内道密封面出现泄漏后，密封液会在压力的作用下进入密封腔内，还是外端密封液进入大气中，都会导致缓冲罐液位下降。当液位下降到设定值时，低液位就会报警，稳定的压力源在这段时间内保证了密封腔的压力，使得一段时间内介质不会泄漏，为处理机封提供了一定的反应时间；如果泄漏速率大或者氮气泄漏，也会导致压力报警器报警，工作人员可以立即停泵处理，这样在介质刚接触到第二道密封面的时候，就已经掌握其泄漏情况，而且泄漏的介质只会进入独立的缓冲罐，不会进入空气也不会影响其他的轴封系统。将安全隐患和环境污染的可能性降到最低。

四、结语

通过以上三种方案对比可知，采用PLAN21+PLAN53a密封冲洗方案， PLAN21冷却器只需要做一个温度套管即可，不但技术上实现容易，而且费用低廉。该位号机泵在采用第三种优化方案后，运行一年未出现泄漏，机封平均寿命达到1年以上，不但保证了装置的长、稳、满、优、安运行，还减少了操作和维护人员的安全隐患，降低了环境污染的可能性。（转自：通用机械）

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