PTA精制結(jié)晶器攪拌機封沖洗改造

白江濤

(中國石化 洛陽分公司 , 河南 洛陽　471012)

PTA精制結(jié)晶器攪拌機封沖洗改造

白江濤

(中國石化 洛陽分公司 , 河南 洛陽471012)

摘要：對洛陽石化PTA 裝置精制結(jié)晶器攪拌機機封運行失效情況進行分析,發(fā)現(xiàn)了機封損壞的原因。通過對機封沖洗方案進行改進,使機封運行周期顯著延長。

關(guān)鍵詞：攪拌機 ； 結(jié)晶器 ； 沖洗方案

0前言

中石化洛陽分公司精對苯二甲酸(PTA)裝置采用美國BP-AMOCO專利技術(shù),原設(shè)計生產(chǎn)能力22.5萬t/a,2000年5月投產(chǎn)成功。在不改變原工藝條件的情況下,2003年對裝置進行擴能改造,將年生產(chǎn)能力提高至32.5萬t。在精制單元共有五臺結(jié)晶器,結(jié)晶器頂部設(shè)有攪拌機,攪拌機起到攪拌物料、保持PTA晶粒處于懸浮狀態(tài)、控制結(jié)晶速率、避免漿料在容器內(nèi)沉積阻塞的作用。以近年運行情況來看,第一套攪拌機BA601機封使用壽命較短,一般為1～5月,最短只有5天,一旦機封失效,精制單元將被迫停工,嚴重影響裝置的長周期運行。

1攪拌機機封運行工況及結(jié)構(gòu)

從精制反應(yīng)器BR501過來的PTA漿料,溫度高達288 ℃,通過反應(yīng)器壓力調(diào)節(jié)閥進入第一結(jié)晶器BD601,然后依次通過第二結(jié)晶器BD602、第三結(jié)晶器BD603。PTA漿料在攪拌器作用下在結(jié)晶器中降溫、降壓、閃蒸、結(jié)晶。表1列舉了攪拌器機械密封的主要工作參數(shù)。

表1　機械密封主要工作參數(shù)

注：密封介質(zhì),水、蒸汽、PTA。

結(jié)晶器攪拌機BA601/602/603機封為釜用雙端面、小彈簧機械密封。機封兩側(cè)靜環(huán)材質(zhì)均為碳化硅,動環(huán)為不銹鋼與石墨組合,小彈簧材質(zhì)為哈氏合金,直接與物料接觸的機封下部靜環(huán)O型圈材質(zhì)為全氟醚,大氣側(cè)靜環(huán)O型圈材質(zhì)為氟橡膠。該機封特點是密封摩擦副粗、短、且承壓能力強,有更寬的壓力使用范圍；摩擦副采用防反壓設(shè)計,在系統(tǒng)壓力意外低于釜內(nèi)壓力情況下,摩擦副仍能保持貼合,保證密封的安全性；機封采用冷卻夾套設(shè)計,能夠適應(yīng)精制單元的高溫、高壓、強作用力的工作環(huán)境。

2原有沖洗方案介紹

BD601/602/603的攪拌機共用一套密封沖洗系統(tǒng),為改造前機封的沖洗方案PLAN32+53B+53C如圖1所示。

以BA601為例,從BD906來的高壓蒸汽凝液經(jīng)換熱器冷卻、調(diào)節(jié)閥PV1013降壓后分為兩路,一路作為沖洗方案PLAN32中的沖洗液,沖洗下部密封面保證密封面干凈,另一路與方案PLAN53C中活塞缸下部相連,用以平衡活塞。

BA601機封緩沖液由BG1002提供,在BG1002出口管路設(shè)有BH1012作為方案PLAN53B的蓄能器,維持甘油管路壓力。當(dāng)蓄能器BH1013壓力低于6.2 MPa時,觸發(fā)聯(lián)鎖,PSL1011,BG1002A泵自啟動,但是中控?zé)o報警；當(dāng)蓄能器BH1013壓力繼續(xù)下降低于6.0 MPa時,觸發(fā)聯(lián)鎖,PSLL1011 A、B泵同時啟動,并且中控顯示PAL1011壓力低報警；當(dāng)泵出口壓力高于9.0 MPa時,觸發(fā)聯(lián)鎖PSH1011,A、B泵全停,但是中控?zé)o報警信號；當(dāng)壓力繼續(xù)上升高于9.5 MPa時,觸發(fā)PSHH1011聯(lián)鎖,A、B泵全停,且中控顯示PAH1011壓力高報警。當(dāng)泵出口壓力高于10 MPa時,安全閥PSV1011泄壓排放,保證甘油管路安全。

圖1　改造前的沖洗方案

BA601機封的甘油隔離液在外部管道設(shè)有BH1013做為PLAN 53C中的活塞蓄能器,用以保證機封緩沖液壓力略高于BD601內(nèi)部壓力?；钊钅芷鰾H1013的上端與機械密封腔連接,下端與PLAN32的高壓蒸汽凝液連接。高壓密封水的壓力由調(diào)節(jié)閥PV1013調(diào)節(jié)相對較穩(wěn)定,當(dāng)密封腔內(nèi)壓力波動時,在壓差作用下感應(yīng)動觸頭,隨活塞上下移動,控制管路中的電磁閥的開關(guān),保證密封腔的壓力高于容器BD601內(nèi)部壓力0.3 MPa。當(dāng)感應(yīng)動觸頭至LS1013A位置時,LSA開關(guān)閉合,電磁閥XV1013A、B打開向密封腔內(nèi)補充甘油,此時中控?zé)o報警信號；當(dāng)感應(yīng)動觸頭至LSL1013時,LSL開關(guān)閉合,XV1013A、B同時打開且中控顯示LSL1013液位低報警；當(dāng)感應(yīng)動觸頭降低至LS1013B位置時,LSB開關(guān)閉合, XV1013A、B關(guān)閉,停止補充甘油,此時中控顯示無報警；當(dāng)感應(yīng)動觸頭至LSH1013時,LSH開關(guān)閉合,電磁閥XV1013A、B全部關(guān)閉,同時中控顯示LSH1013甘油液位高報警。當(dāng)密封腔壓力高于7.2 MPa,安全閥PSV1013泄壓排放,保證機封緩沖液壓力在安全范圍內(nèi)運行。

3機封沖洗方案故障原因分析

自2003年以來,精制結(jié)晶器攪拌機機封頻發(fā)故障,多次造成精制單元停工,表2列舉了曾經(jīng)發(fā)生過的故障。

表2　精制結(jié)晶器攪拌機機封故障統(tǒng)計

2012年3月,損壞的BA601機封解體發(fā)現(xiàn)：介質(zhì)側(cè)碳化硅靜環(huán)有貫穿裂紋,大氣側(cè)碳化硅靜環(huán)密封面磨損嚴重,解體的介質(zhì)端靜環(huán)出現(xiàn)了貫穿裂紋,這是典型的受反壓后撐裂特征。而受反壓的根本原因在于密封腔內(nèi)的封液壓力保持不住。大氣端密封泄漏,原因可能是封液液位下降后,大氣端密封潤滑不良,加劇了密封面的磨損。從近年機封運行情況看,機封的失效大都是由于自動補償系統(tǒng)故障造成緩沖液無法正常供給造成的。導(dǎo)致補償系統(tǒng)故障的原因有以下五種情況：①活塞卡在某位置不能自由移動。導(dǎo)致活塞卡死的原因有多種：甘油活塞連接螺栓斷裂后傾斜、活塞缸體磨損、活塞密封圈磨損、彈簧變形失效等都可能導(dǎo)致活塞卡死,無法正常移動。②磁感應(yīng)開關(guān)故障。甘油液位檢測開關(guān)為磁感應(yīng)式開關(guān),長時間運行后可能出現(xiàn)感應(yīng)動觸頭和接近開關(guān)靜觸頭位置變化、感應(yīng)動觸頭變形、接近開關(guān)靜觸頭松動脫落等,這些現(xiàn)象會導(dǎo)致感應(yīng)動觸頭上下移動過程中出現(xiàn)接近開關(guān)檢測不到或者甘油液位正常而開關(guān)沒有斷開等現(xiàn)象。 ③壓力開關(guān)故障。在檢修中發(fā)現(xiàn)BG1002泵出口的四個壓力開關(guān)設(shè)定點有不同程度的跑偏現(xiàn)象,而且個別開關(guān)由于密封不嚴導(dǎo)致接線端子被腐蝕,發(fā)生線路接地,而內(nèi)部的微動開關(guān)也由于腐蝕動作不靈敏,可能導(dǎo)致管路壓力正常時泵頻繁啟動。④泵出口安全閥PSV1011起跳后不能復(fù)位。安全閥不能復(fù)位會導(dǎo)致泵出口管路和蓄能器BH1013壓力低,泵持續(xù)運行,但是由于管路壓力低無法正常向密封腔補償甘油,造成密封腔缺油。⑤由于甘油自動補償系統(tǒng)故障率高且極容易造成機封瞬間失效,甘油補償系統(tǒng)曾長期停止運行,依靠手搖泵補償甘油。手動補償喪失了自動跟蹤功能,無法保證密封腔壓力。

機封在運行中若機封腔內(nèi)緩沖液長時間缺失,會造成密封面損壞泄漏,若自動補償系統(tǒng)持續(xù)向機封腔內(nèi)補償甘油,可能導(dǎo)致機封腔內(nèi)超壓,機封瞬間泄漏,此種情況最為嚴重。當(dāng)機封泄漏后,泄漏的高溫、高壓介質(zhì)直接作用于軸承,造成滾軸損壞、軸套卡環(huán)銷子剪斷、軸套與軸分離,最終機封失效,精制單元被迫停工。

4機封沖洗方案改造

4.1　沖洗方案的改造

由于密封沖洗方案PLAN53B+53C中活塞、感應(yīng)開關(guān)、壓力開關(guān)、安全閥、高壓接頭等各部件極易發(fā)生故障,在改造中舍棄了該沖洗方案,即取消頻繁故障的甘油補償系統(tǒng),包括甘油罐、甘油泵、蓄能器、活塞缸、手搖泵等設(shè)備。保留沖洗方案PLAN32,新增方案PLAN54,將沖洗方案改為PLAN32+54。沖洗方案54中由高速泵BG1007D/E為機封提供緩沖液,緩沖液由甘油改為系統(tǒng)提供的除鹽水。緩沖液通過機封后與BA602/603/機封的緩沖液合并進入工藝水罐BD801。進入機封的緩沖液壓力由管路上調(diào)節(jié)閥PV1016、1017、1018控制,保證進入密封腔內(nèi)的緩沖液的壓力比各結(jié)晶器內(nèi)部壓力高0.3 MPa左右。緩沖液進出機封前后均設(shè)有流量計,用以計量進出機封的緩沖液流量,機封正常運行時,兩個流量應(yīng)相同,當(dāng)進入機封的緩沖液流量大于出口端流量時,表明機封可能內(nèi)漏。改造后的機封沖洗方案如圖2所示。

圖2　改造后的機封沖洗方案PLAN32+54

沖洗方案PLAN54的關(guān)鍵設(shè)備是兩臺高速泵BG1007D/E。BG1007D/E是單吸、懸臂、后拉式、單級斜齒輪傳動高速泵。泵的減速箱輸入軸轉(zhuǎn)速為2 980 r/min,輸出軸轉(zhuǎn)速高達9 500 r/min。通過BG1007D/E后系統(tǒng)內(nèi)1.25 MPa的除鹽水壓力可以提高至4.75 MPa,滿足BA601/602/603的工況。BG1007D/E的潤滑方式采用壓力油強制潤滑,齒輪油泵將潤滑油從油箱里抽出,經(jīng)過濾器、冷卻器、分配器、噴嘴使干凈冷卻的潤滑油對軸承和齒輪嚙合面進行噴濺潤滑,最后回到齒輪箱底部油池循環(huán)使用。高速泵BG1007D/E設(shè)有油壓聯(lián)鎖,當(dāng)油壓低于0.12 MPa時,顯示油壓低報警,此時無法啟動主電機；潤滑油壓力低聯(lián)鎖值為0.08 MPa,當(dāng)油壓低于0.08 MPa時主機聯(lián)鎖停。

4.2　沖洗方案改造后的優(yōu)點

沖洗方案PLAN54較PLAN53B+53C有明顯的優(yōu)點：

4.2.1管路中緩沖液壓力明顯降低

在原設(shè)計中,電磁閥前壓力為6.0～10 MPa,機封腔內(nèi)壓力為4.3 MPa左右,當(dāng)電磁閥開啟時,電磁閥前壓力會對機封造成一定沖擊,特別是漸進動觸頭無法檢測到靜觸頭造成電磁閥常開時,過高的壓力會使機封瞬時損壞。在改造后的沖洗方案中緩沖液壓力最高僅為4.75 MPa,即使壓力波動也比原沖洗方案影響小得多。

4.2.2流程簡單,設(shè)備可靠性高

原沖洗方案中設(shè)備多且多為儀表類,容易發(fā)生故障。改造后的沖洗方案僅有兩臺泵、一臺調(diào)節(jié)閥和兩臺流量計,設(shè)備少,設(shè)備故障率較低,整個密封沖洗系統(tǒng)可靠性明顯提升。

4.3　沖洗方案改造后的注意事項

①開工投用BG1007D/E泵時,務(wù)必確認工藝流程正確,不能造成機封內(nèi)部憋壓。②沖洗方案改造后保證了機封緩沖液的正常供給,同其他雙端面機封一樣,正常工況下大氣側(cè)機封差壓較介質(zhì)側(cè)差壓高,容易受損出現(xiàn)輕微泄漏,但是并不會帶來突然性的機封失效。由于機封具有自動修復(fù)能力,隨著機封的運行,泄漏可能會逐漸減小,工作中應(yīng)對泄漏情況進行定期檢查。③高速泵BG1007的突停會造成機封緩沖液消失,機封端面壓差發(fā)生劇烈變化,對機封損傷較為嚴重。導(dǎo)致此類現(xiàn)象的原因有油泵聯(lián)軸器故障、油濾芯差壓過高等。日常工作中應(yīng)加強對BG1007油壓、油溫、軸承溫度的檢查,至少半年更換一次油濾器濾芯和潤滑油,BG1007運行2 500 h后對其進行預(yù)防性維修,檢查軸承、機封等易損件,發(fā)現(xiàn)損壞及時更換。④在開停工時應(yīng)根據(jù)結(jié)晶器內(nèi)壓力變化,通過壓力調(diào)節(jié)閥適當(dāng)調(diào)整緩沖液壓力,保證緩沖液壓力高于容器內(nèi)壓力0.2～0.3 MPa,避免容機封兩側(cè)差壓過高。⑤合理調(diào)整機封緩沖液流量,避免機封緩沖液流量過低時壓力不穩(wěn),壓力調(diào)節(jié)閥頻繁開關(guān)對機封造成沖擊,減少機封使用壽命。

5結(jié)束語

機封沖洗方案改造后,精制單元攪拌器機封在生產(chǎn)過程中已經(jīng)連續(xù)使用12個月未發(fā)生故障,恢復(fù)了機封的正常使用壽命,徹底解決了結(jié)晶器攪拌機機封頻繁失效的問題,為精制單元的長周期運行提供了保證。

作者簡介：白江濤(1979-),男,助理工程師,從事PTA設(shè)備管理工作,電話：13939933509。

收稿日期：2015-03-27

中圖分類號：TQ050.3

文獻標(biāo)識碼：B

文章編號：1003-3467(2015)07-0046-03