机械密封在LNG工厂的应用及改进

随着国内企业生产技术的高速发展，不可避免地需要引进国外许多先进设备，企业要想实现零污染、零泄漏，选好用好机械密封就显得尤为重要。宁夏哈纳斯液化天然气有限公司机械设备先进，管理经验取之国外，并由海外团队进行管理，根据API682标准，以LNG工厂机械密封为例，与大家探讨学习。
　　一、前言
　　宁夏哈纳斯液化天然气有限公司年产36万t液化天然气项目(简称为LNG项目)，是以天然气为原料，利用混合制冷液化工艺生产液化天然气的清洁能源项目。项目达产后每年预计可实现销售收入15亿元。该项目是中国目前最大的液化天然气项目。
　　公司使用的机械密封大部份都是进口产品，密封性能强，使用寿命长，可靠的运行情况得到设备维护部的一致好评，但在使用过程中难免也会出现一些小的问题。现以冲洗水泵使用的机械密封为例与大家探讨学习。
　　冲洗水泵机械密封主要参数如下：
　　介质：冲洗水，胺，二氧化碳；
　　温度：42.69 ℃；
　　比重：0.9965；
　　粘度：0.78 cP（1cP=0.001Pa·s）；
　　汽化压力：0.712 barA（1bar=0.1MPa，下同）；
　　入口压力：65.65barG；
　　出口压力： 67.92barG；
　　转速：1420r/min；
　　辅助系统：PLAN 53B；
　　隔离液：去离子水。

　　二、密封失效与改进
　　冲洗水泵机械密封在运行中出现了一系列的问题，现综合历次失效模式与改进措施，做一下总结与分析。
　　1.机械密封内漏
　　（1）失效模式内侧动静环碎裂，内侧O-RING断裂，大气侧O-RING腐蚀。
　　机械密封内漏的原因如下：
　　1）DCS隔离液低压报警点设置为64barG，实际泵入口压力为66barG，出口68barG，密封腔67barG，工作至低报点时机封腔压力已经大于低报点，此时机封受到反压。
　　2）外部环境温度变化导致系统压力波动，导致反压。
　　3）机械密封正常泄漏从而导致隔离液压力降低速度太快，导致机封反压。
　　（2）分析机封反压会导致以下问题：
　　1）反压会导致内密封元件处于非正常工作状态，密封环面可能脱离正常工作位置，环面液膜也会从隔离液变为泵送介质。从而导致密封内漏，动静环碎裂，O-RING被剪断等一系列问题。
　　2）反压亦会导致介质进入机封腔，直接接触大气侧密封圈，O-RING由于为普通氟橡胶，从而被腐蚀失效。
　　（3）改进措施针对机械密封出现的内漏问题，改进措施如下：
　　1）将隔离液压力充至80barG,并将DCS压力低报值设置为70barG,低低报设置为68barG,这样能在报警时还不出现反压现象，能够有充足的时间进行补液。严密监控隔离液压力变化，防止系统反压。
　　2）更换更大容积的蓄能器，原蓄能器是25L，现考虑将容积提升至40L，蓄能器采用碳钢壳体，内部镀镍防腐处理，蓄能器安装外径不变，但需要在原有高度上增加52cm, 需要现场确认是否高度充足。如高度不足可考虑并联一个蓄能器，但还是需要确认现场平面空间是否充足。这样蓄能器就能补充更多的隔离液，降低由于正常泄漏造成的压力降速度及环境温度变化引起的压力波动，并可以有效延长补液周期。
　　3）由于隔离液压力将提升至80barG，将外密封静环材质改为浸锑石墨，以增加石墨环强度，消除隔离液压力增加对环面形变造成的影响。
　　2.机械密封外漏
　　（1）失效模式外封石墨环大量磨损，SIC环磨损严重，动环销槽处有崩口。
　　机械密封外漏的原因如下：
　　1）PLAN53B排气不充分，水中含气的话润滑性会大大降低，导致密封面干磨。
　　2）隔离液为去离子水，其润滑性较差，从而环面间无法形成有效液膜，导致密封面干磨。
　　3）密封受反压，介质进入密封腔，腐蚀外封O-RING亦会导致外封大量泄漏。
　　（2）分析机械密封外漏的影响如下：
　　1）润滑问题乃是机械密封的重中之重，特备此密封为高压密封，外密封会承受很高的液力载荷，所以不论是排气不净还是隔离液润滑性不好，都会导致密封环面间摩擦系数变大，摩擦力增大，摩擦热上升。
　　2）摩擦热的上升又反过来加热隔离液，降低隔离液润滑性，加速环面间液膜汽化，反过来再次增加摩擦力，如此恶性循环，直至密封面间完全无润滑，直接干运转，导致石墨环本体大量磨损，SiC环严重磨损，机封失效。
　　3）如上，大量摩擦热会不断加热隔离液，导致隔离液温度过高。
　　4）同样由于摩擦力不断增加，导致传动扭矩过大，于动环销槽传动处崩口。
　　（3）改进措施针对机械密封出现的外漏问题，改进措施如下：
　　1）保证53B系统在补液时排气充分。更换隔离液为50%水+50%乙二醇，其润滑性比纯水好很多。
　　2）经过密封设计软件FEA核实，将外封石墨环材质升级为浸锑石墨，其比原有石墨材质具有更好的耐磨性及物理性能如抗压强度承受更高的密封液力，浸锑石墨通过了FEA确认，且具有更好的导热性能。

　　三、结语
　　以上改进在使用过程中取得了很好的效果，在工作中举一反三，对一些制造及设计与现存工况稍有差异的环节，进行逐步改进，使机封变成适用于企业自身工况的最佳产品,，延长寿命，为企业降低维修成本，使效益最大化。