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摘要：本文对碳黑洗涤水泵机械密封频繁泄漏进行了深入分析，找出碳黑洗涤水泵长周期运行存在的问题，以及对长周期运行进行探讨。
关键词：碳黑洗涤水泵 泄漏 温度 对策
1 设备概述
德士古部分氧化工艺中选取的炭黑水泵4112-P5-1/2/3/4泵为单级悬臂式离心泵，介质为碳黑水，温度258℃，入口压力8.0MPa，出口压力9.3 MPa，该泵密封型式采用机械式密封，使用压力12.0 MPa，温度45℃的BW冲洗水。正常运行时3台运行，1台备用。
4112-P5泵机械密封动环为硬质合金，静环为石墨环，动静环密封圈为填充聚四氟乙烯加工的“V”环，自从2010年50%扩能改造后4112-P5泵机械密封频繁泄漏，大量消耗备件，加大检修强度，而且对装置安全平稳长周期运行造成威胁，因此，对该泵机械密封频繁泄漏的原因進行全面分析，使之能长周期运行。
2 流程概述
2010年该装置50%气代油扩能改造全面实施，对碳黑洗涤水泵（4112-P5）进、出口管线流程进行了改造，由原来从碳黑洗涤塔（4112-C1）上塔至下塔，改为现在从气化炉（4112-F1）至4112-C1塔。密封水仍来自于02-P1锅炉给水泵，经02-E5换热后对该泵进行机封冲洗，工艺流程变化后，该泵改变了原来设计时的运行条件，对该泵长周期运行有一定的影响。
3 机械密封泄漏表现形式
从2010年7月扩能改造完成开工至今，4112-P5泵共检修8次，其中7次检修是由于机械密封了泄漏造成，检修中发现，泄漏的机械密封失效都是来自机封摩擦面和动环密封圈，其表现形式有以下三种：
3.1 动环密封面出现裂纹。
3.2 动环密封面刺漏。
3.3 动环密封圈缺损。
3.4 填充聚四氟乙烯加工的“V”环损坏。
4 机封损坏原因分析
4.1动环密封面出现裂纹的原因
对所有损坏的机封进行检查，发现组成摩擦副的动环密封面都存在不规则的裂纹，经分析为热裂纹。查阅资料得知机械密封正常运行时会产生来自六方面的热量：
4.1.1摩擦副动、静环的摩擦热（Q1）;
4.1.2旋转元件在密封介质中搅拌热（Q2）;
4.1.3辅助元件震动和摩擦产生热量（Q3）;
4.1.4旋转元件散发给密封介质和冲洗液的热量（Q4）;
4.1.5由机械密封件和介质散发给密封腔的热量（Q5）;
4.1.6叶轮及轴传递过来的热量（Q6）;
正常运行时Q3、Q5、Q6可以忽略，因此主要来自于Q1、Q2、Q4三方面的热量。必须要求Q1+Q2=Q4。如果平衡被破坏将直接影响机械密封使用寿命。只要变现为：端面间液膜气化，使得液膜失稳或破坏;密封圈老化、分解;加速介质对密封件的腐蚀;动、静环变形、热裂;密封面间介质压力变大使得密封面分开，造成泄漏。
由以上叙述可知热裂主要是由于机封工作环境热量不平衡而造成的。平衡公式左端Q1中的压缩量大小和右端冲洗液带走的热量对公式平衡影响较大。机械密封压缩量经过测算负荷要求，因此Q1不考虑，因此Q3的变化直接引起热量失衡，在实际应用中冲洗液带走的热量以（1.5-2.0）*Q1计算，而冷却液带走的热量公式为
冷却液带走的热量=G*r*C*△T
G：冷凝液热量;
r：冲洗液密度;
C：冲洗液比热;
△T：冲洗液进出口温差;
在介质管线口径不变的情况下，公式前3项系数不变，故△T是决定参数，而且实际情况也与理论吻合。4112-P5泵机封冲洗液由动力02-P1泵出口12.2MPa，140℃经02-E5换热后温度降低至40-45℃进入4112-P5泵机封作为冲洗液，而02-E5换热器设计负荷为两台气化炉用水量，现在为三台气化炉运行相关设备提供用水。用水量增大，这换热效果降低。这是基本损坏的主要原因。
4.2工艺介质影响因素
扩能改造后，碳黑洗涤水泵工艺流程和运行环境都有所改变，泵入口介质温度升高，由原来的240℃升高到260℃，入口温度升高很容易造成泵汽蚀，并且高温介质对泵密封部件传导了更多的热量，从而导致泵机械密封更容易损坏，泵入口压力比以前工作环境也有所降低，使介质更容易气化，造成泵汽蚀。
4.3 冲洗液影响因素
机械密封冲洗液的作用是润滑和降温，冲洗液仍然是原来02-P1的锅炉水，但冲洗液温度比以前有所升高，由原来的45℃升至65℃，冲洗液的冷却作用降低，机械密封工作环境差，导致使用寿命缩短。
4.4 入口管线影响因素
碳黑洗涤水泵原来设计从碳黑洗涤塔上塔经泵打至下塔，上塔泵入口管线有过滤滤网，碳黑渣被过滤不能进泵，对机械密封起到保护作用，现在泵入口介质为气化炉碳黑水，也没有滤网，碳黑渣及破损的炉砖直接进泵，没有滤网炉砖渣直接对机械密封造成损坏。
5 长周期运行对策
为了使泵能够长周期稳定运行，从以下几方面进行探讨：
5.1 设备改造方面
为了能够保证机械密封能够在良好的温度环境下运行，制定对策。将现在的机械密封改造成为双端面密封，使泄漏出来的介质能够二次密封，阻止外漏，并且将机械密封制作成集装式，并加有机封冷却系统。使得机械密封运行时产生的热量能够及时带走，延长机械密封使用寿命。
5.2 流程完善方面
为了保证机泵有一个干净的运行环境，考虑将泵入口加装滤网，使得一旦气化炉砖损坏脱落后，不能直接进入机泵，减少对机械密封的损坏（炉砖硬度高极易对机械密封损坏），此前在检修过程中发现过一系列炉砖损坏进入泵蜗壳，处理出很多炉砖渣子。
5.3 冲洗液降温方面
降低冲洗液温度可改善机泵的运行状况，温度降低能够充分带走机械密封的热量，机封就不容易损坏，02-E5换热器只给碳黑洗涤水泵提供冲洗用水，与动力沟通借机对02-E5换热器进行换热效果检验（机械清洗或查漏），提高换热效率，降低冲洗液温度。
5.4 工艺操作方面
开停工期间工作温度、工作压力变化较大，装置开停工期间对机械密封损坏也最大，原始开工时，原始开工建立水循环时，介质温度较低，缓慢分阶段调节好密封水压力就能够保证机泵在良好的状态下工作，停工时，装置紧急停工，压力突降，在高温低压环境下泵很容易汽蚀，这时就需要及时调节密封水压力，压力降低后及时停水联运。停工后紧急开工，这时建立水循环对泵影响很大，这时工作环境就是高温低压，泵容易汽蚀，考虑这种情况下，先将冷水注入混合后，使温度降低再建立水循环。
6 结束语
通过以上深入分析找出了制约碳黑洗涤水泵长周期运行的问题，并提出了解决问题的方法。通过工艺操作的精细调节，已经得到了很好的效果，如果再能从工艺流程完善上做到优化，延长运行周期，可大大降低机泵检修次数，减低人工劳动成本，极大节约检修费用。真正实现长周期运行。
参考文献
1 “石油化工设备修护检修规程”（第一册“通用设备”）中国石化出版社 2004年12月。
2 “化工厂机械手册”北京化学工业出版社 1998年6月。
3 张子峰.合成氨生产技术. 北京：化学工业出版社，2006
关键词：碳黑洗涤水泵 泄漏 温度 对策
1 设备概述
德士古部分氧化工艺中选取的炭黑水泵4112-P5-1/2/3/4泵为单级悬臂式离心泵，介质为碳黑水，温度258℃，入口压力8.0MPa，出口压力9.3 MPa，该泵密封型式采用机械式密封，使用压力12.0 MPa，温度45℃的BW冲洗水。正常运行时3台运行，1台备用。
4112-P5泵机械密封动环为硬质合金，静环为石墨环，动静环密封圈为填充聚四氟乙烯加工的“V”环，自从2010年50%扩能改造后4112-P5泵机械密封频繁泄漏，大量消耗备件，加大检修强度，而且对装置安全平稳长周期运行造成威胁，因此，对该泵机械密封频繁泄漏的原因進行全面分析，使之能长周期运行。
2 流程概述
2010年该装置50%气代油扩能改造全面实施，对碳黑洗涤水泵（4112-P5）进、出口管线流程进行了改造，由原来从碳黑洗涤塔（4112-C1）上塔至下塔，改为现在从气化炉（4112-F1）至4112-C1塔。密封水仍来自于02-P1锅炉给水泵，经02-E5换热后对该泵进行机封冲洗，工艺流程变化后，该泵改变了原来设计时的运行条件，对该泵长周期运行有一定的影响。
3 机械密封泄漏表现形式
从2010年7月扩能改造完成开工至今，4112-P5泵共检修8次，其中7次检修是由于机械密封了泄漏造成，检修中发现，泄漏的机械密封失效都是来自机封摩擦面和动环密封圈，其表现形式有以下三种：
3.1 动环密封面出现裂纹。
3.2 动环密封面刺漏。
3.3 动环密封圈缺损。
3.4 填充聚四氟乙烯加工的“V”环损坏。
4 机封损坏原因分析
4.1动环密封面出现裂纹的原因
对所有损坏的机封进行检查，发现组成摩擦副的动环密封面都存在不规则的裂纹，经分析为热裂纹。查阅资料得知机械密封正常运行时会产生来自六方面的热量：
4.1.1摩擦副动、静环的摩擦热（Q1）;
4.1.2旋转元件在密封介质中搅拌热（Q2）;
4.1.3辅助元件震动和摩擦产生热量（Q3）;
4.1.4旋转元件散发给密封介质和冲洗液的热量（Q4）;
4.1.5由机械密封件和介质散发给密封腔的热量（Q5）;
4.1.6叶轮及轴传递过来的热量（Q6）;
正常运行时Q3、Q5、Q6可以忽略，因此主要来自于Q1、Q2、Q4三方面的热量。必须要求Q1+Q2=Q4。如果平衡被破坏将直接影响机械密封使用寿命。只要变现为：端面间液膜气化，使得液膜失稳或破坏;密封圈老化、分解;加速介质对密封件的腐蚀;动、静环变形、热裂;密封面间介质压力变大使得密封面分开，造成泄漏。
由以上叙述可知热裂主要是由于机封工作环境热量不平衡而造成的。平衡公式左端Q1中的压缩量大小和右端冲洗液带走的热量对公式平衡影响较大。机械密封压缩量经过测算负荷要求，因此Q1不考虑，因此Q3的变化直接引起热量失衡，在实际应用中冲洗液带走的热量以（1.5-2.0）*Q1计算，而冷却液带走的热量公式为
冷却液带走的热量=G*r*C*△T
G：冷凝液热量;
r：冲洗液密度;
C：冲洗液比热;
△T：冲洗液进出口温差;
在介质管线口径不变的情况下，公式前3项系数不变，故△T是决定参数，而且实际情况也与理论吻合。4112-P5泵机封冲洗液由动力02-P1泵出口12.2MPa，140℃经02-E5换热后温度降低至40-45℃进入4112-P5泵机封作为冲洗液，而02-E5换热器设计负荷为两台气化炉用水量，现在为三台气化炉运行相关设备提供用水。用水量增大，这换热效果降低。这是基本损坏的主要原因。
4.2工艺介质影响因素
扩能改造后，碳黑洗涤水泵工艺流程和运行环境都有所改变，泵入口介质温度升高，由原来的240℃升高到260℃，入口温度升高很容易造成泵汽蚀，并且高温介质对泵密封部件传导了更多的热量，从而导致泵机械密封更容易损坏，泵入口压力比以前工作环境也有所降低，使介质更容易气化，造成泵汽蚀。
4.3 冲洗液影响因素
机械密封冲洗液的作用是润滑和降温，冲洗液仍然是原来02-P1的锅炉水，但冲洗液温度比以前有所升高，由原来的45℃升至65℃，冲洗液的冷却作用降低，机械密封工作环境差，导致使用寿命缩短。
4.4 入口管线影响因素
碳黑洗涤水泵原来设计从碳黑洗涤塔上塔经泵打至下塔，上塔泵入口管线有过滤滤网，碳黑渣被过滤不能进泵，对机械密封起到保护作用，现在泵入口介质为气化炉碳黑水，也没有滤网，碳黑渣及破损的炉砖直接进泵，没有滤网炉砖渣直接对机械密封造成损坏。
5 长周期运行对策
为了使泵能够长周期稳定运行，从以下几方面进行探讨：
5.1 设备改造方面
为了能够保证机械密封能够在良好的温度环境下运行，制定对策。将现在的机械密封改造成为双端面密封，使泄漏出来的介质能够二次密封，阻止外漏，并且将机械密封制作成集装式，并加有机封冷却系统。使得机械密封运行时产生的热量能够及时带走，延长机械密封使用寿命。
5.2 流程完善方面
为了保证机泵有一个干净的运行环境，考虑将泵入口加装滤网，使得一旦气化炉砖损坏脱落后，不能直接进入机泵，减少对机械密封的损坏（炉砖硬度高极易对机械密封损坏），此前在检修过程中发现过一系列炉砖损坏进入泵蜗壳，处理出很多炉砖渣子。
5.3 冲洗液降温方面
降低冲洗液温度可改善机泵的运行状况，温度降低能够充分带走机械密封的热量，机封就不容易损坏，02-E5换热器只给碳黑洗涤水泵提供冲洗用水，与动力沟通借机对02-E5换热器进行换热效果检验（机械清洗或查漏），提高换热效率，降低冲洗液温度。
5.4 工艺操作方面
开停工期间工作温度、工作压力变化较大，装置开停工期间对机械密封损坏也最大，原始开工时，原始开工建立水循环时，介质温度较低，缓慢分阶段调节好密封水压力就能够保证机泵在良好的状态下工作，停工时，装置紧急停工，压力突降，在高温低压环境下泵很容易汽蚀，这时就需要及时调节密封水压力，压力降低后及时停水联运。停工后紧急开工，这时建立水循环对泵影响很大，这时工作环境就是高温低压，泵容易汽蚀，考虑这种情况下，先将冷水注入混合后，使温度降低再建立水循环。
6 结束语
通过以上深入分析找出了制约碳黑洗涤水泵长周期运行的问题，并提出了解决问题的方法。通过工艺操作的精细调节，已经得到了很好的效果，如果再能从工艺流程完善上做到优化，延长运行周期，可大大降低机泵检修次数，减低人工劳动成本，极大节约检修费用。真正实现长周期运行。
参考文献
1 “石油化工设备修护检修规程”（第一册“通用设备”）中国石化出版社 2004年12月。
2 “化工厂机械手册”北京化学工业出版社 1998年6月。
3 张子峰.合成氨生产技术. 北京：化学工业出版社，2006