离心泵干气密封泄漏问题原因分析与解决措施

摘要：本文以中国石油天然气有限公司某石化分公司某离心泵干气密封泄漏事件为切入点，运用现场检测、故障树分析等方法，深入剖析干气密封泄漏的关键影响因素。研究发现，密封端面磨损以及操作参数波动异常是导致泄漏的主要原因。通过优化密封结构设计，更正管路安装以及强化运行监控，有效解决了泄漏问题，为同类石化装置提供了可借鉴解决方案。

关键词：干气密封；泄漏分析；密封失效；石化装置；故障处理

一、引言

干气密封（DryGasSeal，DGS）作为现代离心泵的核心密封技术，凭借非接触式运行、低泄漏率等显著优势，在石化行业广泛应用。在石化生产过程中，离心泵输送的介质往往具有易燃、易爆、有毒等特性，干气密封的可靠运行对于保障装置安全、维持环保合规性至关重要。

中国石油某石化分公司某装置离心泵，就曾因干气密封泄漏引发非计划切泵。此次事件不仅扰乱了装置生产节奏，还带来了潜在的安全风险与环保隐患。本文系统分析干气密封泄漏机理，提出改进措施，以期为提升石化装置运行稳定性提供理论与实践支撑。

二、干气密封工作原理及结构特点

2.1干气密封基本结构

典型的泵用干气密封系统由多个关键部分构成。介质侧密封环采用石墨/硬质合金配对材料，大气侧密封环采用石墨/碳化硅配对材料，其表面精加工有螺旋槽结构。动静密封环承担着主要的密封职责，螺旋槽的设计对密封性能有着关键影响。密封气的作用是隔离工艺介质，防止工艺介质泄漏至外界，保证密封气能够稳定地发挥保护密封的作用。密封系统还包含过滤器、减压阀以及压力开关等。过滤器用于去除气体中的杂质颗粒，防止其进入密封端面，影响密封效果；减压阀控制密封气压力，确保密封系统在合适的压力条件下运行；压力开关实时监测密封系统的泄漏情况，以便及时发现异常并采取措施。

2.2密封动力学机制

在稳定工况下，干气密封的螺旋槽会产生独特的流体动压效应。这一效应使得密封端面之间能够保持3-5μm的气膜厚度，从而实现近乎零泄漏的理想密封状态。气膜厚度受到气体黏度、旋转角速度、密封半径以及闭合力的变化的影响，均可导致气膜厚度改变，进而影响密封性能。

三、泄漏故障案例分析

3.1故障现象描述

2023年7月，某石化脱丙烯塔中间泵（型号：BB2）出现异常现象。首先，驱动端密封火炬线结霜，排火炬压力从正常的0.1MPa急剧上升至0.7MPa，这一变化表明密封出现了泄漏，导致丙烯泄漏至火炬。其次，轴承振动由2.1mm/s增至5.8mm/s，轴承振动的异常可能是由于密封失效，介质泄漏对轴承产生了不良影响，或是密封失效引发了泵体内部的其他机械故障，反映出密封系统的运行状态出现了问题，可能是密封端面摩擦加剧，引发密封泄漏。

3.2失效模式分析

3.2.1直接诱因

通过对故障机泵进行拆检，发现了导致密封失效的直接原因。首先是介质侧密封动静环碰撞引起动环外侧崩边，密封面气膜形成不良，会削弱流体动压效应，导致密封端面之间的液膜厚度难以维持，从而增加泄漏风险。其次，介质脏导致杂质在动环O型圈处堆积，将四氟垫挤压至动环棱角处，四氟垫磨损加巨变为线性形状，如果失去了四氟垫的支撑作用，动环O型圈随动性变差，工艺波动密封面打开后无法及时恢复，无法有效阻止介质泄漏，并且介质侧静环O型圈存在过热情况，分析因使用时密封面摩擦产生较大的热量传递至胶圈，从而造成这个胶圈融化，进一步降低了密封性能。

3.2.2间接诱因

该机泵存在驱动端密封的管路接口接反问题，按照API682标准，驱动端机封压盖上的CSV接口与P76方案火炬线相连，机封压盖上的GBI接口与P72方案的氮气线流量计相连，但经现场检查，驱动端干气密封冲洗管与机封压盖的连接错误，实际连接与标准相反（将P76火炬线与GBI相连，P72的氮气进气线与CSV相连），怀疑密封改造配管出现错误，此次密封解体后发现大气侧密封的动静环内存在杂质，分析在出入口管线接反时，介质侧密封出现了泄漏，将导致泄漏的介质与氮气同进大气侧密封面，动静环形成气膜包含液化气与杂质。

3.2.2根本原因追溯（故障树分析）

通过故障树分析，确定了干气密封泄漏的关键失效路径，1）工艺波动导致密封腔压力变化，引发动环与静环碰撞（动环崩边），同时介质杂质进入密封面，造成磨损和平面度不良，最终导致密封失效；2）密封轴套顶丝窜动致使压缩量不足，降低密封紧密性，加剧泄漏风险。

四、泄漏处理与优化措施

4.1应急处理方案

当发现干气密封泄漏后，首先采取了紧急切泵措施。启用备用机泵，确保在运转泵密封失效的情况下，仍能保证备用泵运转正常。对密封失效泵泄压，使用蒸汽对密封压盖加热并进行盘车，驱动端介质侧密封动环复位，静态下干气密封排火炬压力降至正常值，将该机泵作为紧急备用。

4.2长效改进措施

4.2.1设计优化

为提升干气密封的性能，材质升级，采用双向螺旋槽结构，相较于单向螺旋槽，双向螺旋槽能够更好地维持气膜的稳定性，有效降低泄漏，同时，升级密封材料至掺杂金刚石的碳化硅，其维氏硬度提高至2800HV。更高的硬度使得密封材料能够更好地耐磨损，延长密封寿命。

4.2.2管路安装更正

此次利用密封冲洗管上面的管线接头将出入口进行调整，使现场管线出入口位置与图纸一致。按照要求安装后，排气口为微热的状态。测量数据如下：驱动端水平振动1.9mm/s，垂直振动1.3mm/s，加速度3.2m/s2；非驱动端水平振动1.3mm/s，垂直振动1.6mm/s，加速度5.7m/s2。

4.2.3轴套紧定螺钉改型

密封传动环改为双排紧定螺钉，提高轴向定位锁紧的可靠性和传动扭矩的能力。或在轴上刻槽，将紧定螺钉由原来的不锈钢更换为和合金钢，提高紧固的强度，防止轴套窜动，影响密封的压缩量。

4.2.4密封增加均布冲洗

介质侧密封增设密封冲洗布液环，使 Plan11冲洗液均匀分布于密封端面，及时有

效的带走密封端面的发热量，提高密封端面及胶圈的使用寿命。

五、实施效果验证

在采取上述改进措施后，对该脱丙烯塔中间泵进行了为期12个月的连续运行监测，并与改进前后的数据对比如下。

六、结论

本文通过对某石化干气密封泄漏案例的系统分析，得出以下结论：干气密封失效是机械损伤、管路安装与操作偏离等多种因素的共同作用。因此，需要建立涵盖设备维护、系统监测以及操作规范等方面的多维度防控体系，以全面提升密封系统的可靠性。采用复合槽型设计，材料表面改性技术，轴套紧定螺钉改型、增加均布冲洗可以可增强密封工况适应性，降低泄漏风险。建议石化企业参照API682第4版标准，对密封系统管路进行更正，通过科学合理的安装，将干气密封故障率降低50%以上，从而为石化装置的安全、稳定、高效运行提供坚实保障。

参考文献

[1]胡伟杰.液化气泵用干气密封失效分析及优化改造[J].广州化工，2021，49（22）：86-87.

[2]张亚南.丁二烯装置泵用干气密封泄漏原因分析与改造[J].化工管理，2018，（23）：36-37.

[3]刘云飞.泵用干气密封技术及应用[J].化工管理，2015，（33）：95.

[4]赵连元.干气密封在气分装置液态烃泵中的应用[J].石油和化工设备，2021，24（10）：123-126.