羰基合成反應(yīng)釜機(jī)械密封輔助系統(tǒng)升級(jí)改造

魏文亮，曹 達(dá)，何向東，楊惠霞，呂 喆，王玉成

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羰基合成反應(yīng)釜機(jī)械密封輔助系統(tǒng)升級(jí)改造

魏文亮1，曹 達(dá)1，何向東1，楊惠霞1，呂 喆2，王玉成2

（1. 大連華陽(yáng)密封股份有限公司，遼寧 大連 116036； 2. 大慶石化分公司化工二廠，黑龍江 大慶 163714）

針對(duì)羰基合成反應(yīng)釜原進(jìn)口機(jī)械密封輔助系統(tǒng)Plan 53A在使用中存在的問(wèn)題，提出了用全新的Plan 54升級(jí)改造原密封輔助系統(tǒng)的技術(shù)方案。相較于原輔助系統(tǒng)沖洗方案，新沖洗方案的隔離液循環(huán)流量更大，機(jī)械密封的散熱效果更好；同時(shí)機(jī)械密封輔助系統(tǒng)的安全性和可靠性也得到了極大的提高，可以確保機(jī)械密封長(zhǎng)周期安全運(yùn)行。

羰基合成反應(yīng)釜；機(jī)械密封；輔助系統(tǒng)；升級(jí)改造

某石化公司化工二廠丁辛醇裝置引進(jìn)美國(guó)聯(lián)碳公司專利技術(shù)，以丙烯和合成氣為原料，采用低壓羰基合成法生產(chǎn)辛醇和正丁醇，同時(shí)副產(chǎn)品異丁醇是合成精細(xì)化工產(chǎn)品的重要原料。現(xiàn)化工二廠使用的羰基合成反應(yīng)釜3401A/B/C是美國(guó)萊寧公司（LIGHTNING）生產(chǎn)的，配套采用美國(guó)福斯公司（FLOWSERVE）雙端面機(jī)械密封，機(jī)封采用PLAN 53A沖洗系統(tǒng)。該裝置自2012年開(kāi)工后，反應(yīng)釜3401A/B/C機(jī)械密封多次失效。2012年底化工二廠嘗試就羰基合成反應(yīng)釜3401A/B/C進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，但經(jīng)國(guó)內(nèi)多家企業(yè)參與反應(yīng)釜機(jī)械密封改造后仍無(wú)法解決機(jī)械密封的頻繁失效問(wèn)題，根本無(wú)法滿足裝置正常生產(chǎn)需求。2016年2月國(guó)內(nèi)某機(jī)械密封專業(yè)公司參與對(duì)反應(yīng)釜3401A/B/C密封及輔助系統(tǒng)進(jìn)行國(guó)產(chǎn)化改造，改造后的機(jī)械密封及輔助系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，有效解決了該石化公司化工二廠所面對(duì)的老大難問(wèn)題。

1 反應(yīng)釜工況參數(shù)及當(dāng)?shù)貤l件

1.1 羰基合成反應(yīng)釜3401A/B/C工況參數(shù)

表1 羰基合成反應(yīng)釜3401A/B/C工況參數(shù)

1.2 當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度、冷卻水條件參數(shù)

表2 當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度、冷卻水參數(shù)

1.3 羰基合成反應(yīng)釜3401A/B/C工況及當(dāng)?shù)丨h(huán)境特點(diǎn)分析

由表1的操作壓力可以看出,羰基合成反應(yīng)釜3401A/B/C屬于變壓力工況，因此與反應(yīng)釜配套的機(jī)械密封要長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，摩擦副內(nèi)、外壓差就應(yīng)基本恒定，使其處于相對(duì)穩(wěn)定的壓力場(chǎng)，因此密封配套沖洗系統(tǒng)的封液壓力應(yīng)采用與釜內(nèi)壓力隨變方式，即在封液壓力始終高于釜內(nèi)壓力同時(shí)，封液壓力與釜內(nèi)壓力差值應(yīng)保持恒定。

由表2大氣溫度可以看出,當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度溫差大（最低溫度-40 ℃、最高溫度50 ℃），機(jī)械密封要長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)，其動(dòng)、靜密封點(diǎn)處溫度場(chǎng)就不能存在較大的變化，且應(yīng)維持在10～45 ℃范圍之間為宜，因此封液溫度、封液流量應(yīng)保持恒定。

2 密封沖洗系統(tǒng)升級(jí)改造方案

羰基合成反應(yīng)釜3401A/B/C原采用的是PLAN 53A沖洗系統(tǒng)，通過(guò)第1.3項(xiàng)分析可知，PLAN 53A系統(tǒng)無(wú)法滿足釜介質(zhì)工況的壓力周期性、復(fù)雜性及當(dāng)?shù)貧夂颦h(huán)境等諸多因素，需采用Plan54沖洗系統(tǒng)，通過(guò)外圍設(shè)備的變壓力、恒溫、恒流量供給系統(tǒng)來(lái)提供機(jī)封所需的良好的工作環(huán)境，保證密封長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.1 密封沖洗系統(tǒng)升級(jí)改造方案簡(jiǎn)介

首先機(jī)封沖洗系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)行可靠，這樣才可以滿足在任何可能的介質(zhì)工藝條件變化下均能有效為機(jī)封服務(wù)的要求，為密封提供合理的壓力、溫度、流量等控制參數(shù)。

針對(duì)反應(yīng)釜3401A/B/C介質(zhì)條件，Plan54系統(tǒng)封液選用適用于機(jī)械密封摩擦副潤(rùn)滑且對(duì)介質(zhì)無(wú)影響的10#白油。由于白油粘度低，Plan54系統(tǒng)動(dòng)力源選用雙螺桿泵。雙螺桿泵屬于容積泵，運(yùn)轉(zhuǎn)中泵送介質(zhì)流量恒定、壓力脈動(dòng)小、噪音低，適用低粘度下清潔油品。采用雙螺桿泵作為動(dòng)力源可以保障機(jī)封系統(tǒng)自身的長(zhǎng)周期、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

機(jī)封封液在使用過(guò)程中要保持清潔并防止油品高溫變質(zhì)、低溫結(jié)冰，因此采用過(guò)濾精度30μm燒結(jié)濾芯過(guò)濾掉油品內(nèi)雜質(zhì)，保障機(jī)封潤(rùn)滑油品清潔；由于機(jī)封運(yùn)轉(zhuǎn)中在摩擦副表面產(chǎn)生大量熱量，白油作為封液為機(jī)封摩擦副提供潤(rùn)滑的同時(shí)也將帶走摩擦副表面的熱量，因此系統(tǒng)需要采用冷卻器為白油降溫，PLAN54系統(tǒng)采用了2臺(tái)（換熱面積5㎡）冷卻器，使用方式一用一備或依據(jù)白油溫度選擇同時(shí)投用。系統(tǒng)停運(yùn)期間，白油依靠油箱內(nèi)置電加熱器預(yù)熱，以防止白油在低溫下凝固，確保白油溫度控制在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)。

2.2 密封沖洗系統(tǒng)升級(jí)改造方案設(shè)計(jì)特點(diǎn)

（1）PLAN54系統(tǒng)采用一拖三方式為反應(yīng)釜3401A/B/C同時(shí)提供封液；

（2）PLAN54采用雙泵系統(tǒng)，即采用兩臺(tái)雙螺桿泵，一用一備，互為備用；

（3）系統(tǒng)上油路總管壓力采取脈沖吸收及恒定壓力監(jiān)測(cè)與控制；

（4）系統(tǒng)設(shè)置超壓保護(hù)措施；

（5）系統(tǒng)采用雙精密過(guò)濾器、雙換熱器，均為一用一備冗余措施，提高系統(tǒng)整體運(yùn)行可靠性；

（6）密封封液各支管路均采用恒定流量、變壓力監(jiān)測(cè)與控制；

（7）密封泄漏監(jiān)測(cè)及報(bào)警；

（8）系統(tǒng)不停車密封在線維修、更換；

（9）系統(tǒng)不停車在線自身維修、維護(hù)。

2.3 密封沖洗系統(tǒng)升級(jí)改造P&ID圖及邏輯聯(lián)鎖圖

依據(jù)用戶現(xiàn)場(chǎng)情況，PLAN54沖洗系統(tǒng)分兩部分布置，動(dòng)力源本體部分及現(xiàn)場(chǎng)管路部分。本體部分布置于空曠、適于維護(hù)的地面泵房?jī)?nèi)，現(xiàn)場(chǎng)管路部分位于反應(yīng)釜3401A/B/C設(shè)備附近。由于動(dòng)力源本體部分距離反應(yīng)釜3401A/B/C水平距離、垂直距離較遠(yuǎn)，為了有效、及時(shí)、準(zhǔn)確檢測(cè)反應(yīng)釜3401A/B/C機(jī)封封液的壓力及溫度情況，故將密封封液的測(cè)壓、測(cè)溫儀表布置于所在位號(hào)機(jī)封附近下游管路。

PLAN54系統(tǒng)工藝管道流程具體見(jiàn)系統(tǒng)P&ID圖。圖1：PLAN54密封沖洗油站本體部分P&ID圖，圖2：反應(yīng)釜3401A/B/C機(jī)封進(jìn)、出口管路P&ID圖（注：此處僅列出反應(yīng)釜3401C機(jī)封進(jìn)、出口管路P&ID圖，反應(yīng)釜3401A/B機(jī)封進(jìn)、出口管路P&ID圖與此圖相同），圖3：PLAN54系統(tǒng)邏輯聯(lián)鎖圖。

圖1 PLAN54密封沖洗油站本體部分P&ID圖

圖2 反應(yīng)釜3401C機(jī)封進(jìn)、出口管路P&ID圖

圖3 PLAN54系統(tǒng)邏輯聯(lián)鎖圖

2.4 密封系統(tǒng)升級(jí)改造實(shí)施要點(diǎn)

PLAN54系統(tǒng)壓力源采用兩臺(tái)雙螺桿泵，互為備用，兩臺(tái)螺桿泵下游管路均配備彈簧微啟安全閥，防止出現(xiàn)系統(tǒng)意外高壓損傷泵體及造成現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞。

PLAN54系統(tǒng)油箱配置防爆電加熱器及液位變送器，中控可以通過(guò)液位變送器數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)油箱液位。若液位低，防爆電加熱器無(wú)法投用，防止電加熱器干燒而損壞，若液位低至泵吸入口位置，則兩臺(tái)螺桿泵均無(wú)法啟動(dòng)，可防止雙螺桿泵無(wú)液運(yùn)轉(zhuǎn)而損壞。

PLAN54系統(tǒng)去機(jī)封前封液總管路布置皮囊蓄能器，可以有效吸收螺桿泵運(yùn)行期間產(chǎn)生的微小壓力脈動(dòng)，蓄能器下游配置壓力變送器及氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥，壓力變送器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)封液總管壓力并通過(guò)PID控制、調(diào)節(jié)氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥的開(kāi)度，確保封液系統(tǒng)去機(jī)封前總管路內(nèi)白油壓力始終保持在設(shè)定值。

3401A/B/C密封上、下游封液各分支管路分別配置質(zhì)量流量變送器，可以定性、定量檢測(cè)各臺(tái)密封的泄漏情況，監(jiān)測(cè)密封封液流量。

3401A/B/C密封上游封液各分支管路分別布置氣動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥，各支路密封上游的質(zhì)量流量計(jì)通過(guò)PID控制、調(diào)節(jié)氣動(dòng)流量調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，保證3401A/B/C各支路流量始終保持在設(shè)定值。

3401A/B/C密封下游封液各分支管路布置氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥及壓力變送器，并采集3401A/B/C釜內(nèi)壓力，通過(guò)分支封液管路壓力變送器及各釜內(nèi)壓力變送器的示數(shù)差值實(shí)時(shí)、有效控制并調(diào)節(jié)氣動(dòng)壓力調(diào)節(jié)閥開(kāi)度，保證3401A/B/C機(jī)封封液壓力始終高于釜內(nèi)壓力在設(shè)定值附近，并隨釜內(nèi)壓力的變化而自動(dòng)調(diào)整。

3401A/B/C密封下游管路布置溫度檢測(cè)元件，信號(hào)遠(yuǎn)傳中控，若機(jī)封出現(xiàn)故障，白油溫度發(fā)生大幅波動(dòng)，中控可隨時(shí)檢測(cè)到機(jī)封運(yùn)轉(zhuǎn)情況及運(yùn)行趨勢(shì)。

3401A/B/C密封上、下游封液各分支管路分別配置旁路，可以實(shí)現(xiàn)單臺(tái)封液管路的手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)單臺(tái)密封、智能儀表及調(diào)節(jié)閥從封液管路中切除、維護(hù)、更換，而不影響其他密封及系統(tǒng)整體的正常運(yùn)行。

4 結(jié)束語(yǔ)

升級(jí)改造后的反應(yīng)釜3401A/B/C密封及輔助系統(tǒng)自2016年5月開(kāi)始投入運(yùn)行，已連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)已近一年，經(jīng)受了夏季的酷熱與冬季的寒冷等惡劣環(huán)境天氣的考驗(yàn)，截至目前密封輔助系統(tǒng)運(yùn)行運(yùn)行穩(wěn)定、可靠，各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，有效地解決了長(zhǎng)期困擾丁辛醇裝置正常運(yùn)行的機(jī)械密封頻繁失效的老大難問(wèn)題。

［1］劉國(guó)輝，杜立建，張晏崧，等. 羰基合成反應(yīng)器攪拌器機(jī)械密封失效原因分析[J]. 煉油與化工，2016.

［2］顧永泉.機(jī)械密封使用技術(shù)[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001.

［3］顧永泉.機(jī)械端面密封主要參數(shù)的計(jì)算（三）：性能參數(shù)（續(xù)）與計(jì)算示例[J]. 流體機(jī)械，1996（6）：27-32.

［4］美國(guó)石油學(xué)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)API Std682［S］. 2004.

［5］釜用機(jī)械密封輔助裝置HG/T2122-2003［S］.

［6］釜用機(jī)械密封技術(shù)條件HG/T2269-2003［S］.

［7］釜用機(jī)械密封系列及主要參數(shù)HG/T2098-2001［S］.

［8］《煉油廠設(shè)備檢修手冊(cè)》編寫(xiě)組. 煉油廠設(shè)備檢修手冊(cè)[M]. 北京：石油工業(yè)出版社，1979.

Upgrading of Supporting System of Mechanical Seal for Carbonyl Synthesis Reactor

1,1,1,2,2,2

（1. Dalian Huayang Seals Co., Ltd., Liaoning Dlian 116036, China；2. Daqing Petrochemical Company No.2 Chemical Plant, Heilongjiang Daqing 163714, China）

Aiming at existing problems of original imported mechanical seal supporting system plan 53A for carbonyl synthesis reactor, a new mechanical seal supporting system plan 54 was used to upgradethe original system. Compared with the original seal supporting system, the new supporting system has more circulating flow, better cooling effect on mechanical seal, higher security and reliability.

carbonyl synthesis reactor; mechanical seal; supporting system; upgrading

2016-02-17

魏文亮（1979-），男，蒙古族，工程師，碩士研究生，遼寧大連市人，研究方向：從事流體密封與系統(tǒng)研究、設(shè)計(jì)。

TQ 052

A

1004-0935（2017）03-0239-03