丁二烯裝置高危介質(zhì)泵密封改造

劉德璽

（中國(guó)石油大慶石化公司化工一廠，黑龍江大慶 163714）

0 引言

丁二烯生產(chǎn)裝置工藝流程具有易燃易爆的特性，丁二烯還具有遇氧易加劇聚合反應(yīng)的特性，生產(chǎn)工藝中流體介質(zhì)一旦泄漏非常容易引發(fā)安全事故。丁二烯生產(chǎn)裝置中的高危介質(zhì)泵一旦發(fā)生機(jī)械密封泄漏，輕則引起生產(chǎn)裝置停工檢修，重則引發(fā)生產(chǎn)安全事故。為此，對(duì)丁二烯裝置機(jī)泵密封進(jìn)行改造，優(yōu)化機(jī)械密封方案，延長(zhǎng)丁二烯裝置機(jī)泵密封運(yùn)行周期，同時(shí)也是保障丁二烯生產(chǎn)裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行的必然途徑。

1 高危介質(zhì)泵的種類(lèi)

高危介質(zhì)泵是高風(fēng)險(xiǎn)泵中的一類(lèi)泵，主要分為高溫?zé)嵊捅?、輕烴泵、毒害介質(zhì)泵等。

（1）高溫?zé)嵊皖?lèi)：輸送介質(zhì)最高運(yùn)行溫度不小于自燃點(diǎn)或介質(zhì)溫度大于200 ℃，如蒸餾裝置的側(cè)線泵、減底泵、常底泵和初底泵；催化裝置的回?zé)捰捅?、回流泵、油漿泵等。

（2）輕烴類(lèi)：輸送介質(zhì)為大氣壓力下極易揮發(fā)的烴類(lèi)物質(zhì)，一般是指C5 或密度更小的烴類(lèi)物質(zhì)的單體或其混合物，如苯、甲苯和二甲苯等。例如，蒸餾裝置的初頂油泵、常頂回流泵、常頂三級(jí)冷凝油泵、脫丁烷塔進(jìn)料泵和頂塔頂回流泵；催化裝置的液態(tài)烴泵、凝縮油泵、石油氣進(jìn)料泵、穩(wěn)定塔頂回流泵、液化氣增壓泵等；汽油加氫裝置的塔頂回流泵；氣分、氣分球罐、烷基化、MTBE（甲基叔丁基醚）、氣體、儲(chǔ)運(yùn)裝置含輕烴介質(zhì)的工藝流程泵。

（3）毒害類(lèi)：在其生產(chǎn)、使用或處置的任何階段，具有會(huì)給人、其他生物或環(huán)境帶來(lái)潛在危害特性的物質(zhì)，包括苯、甲苯和二甲苯、多乙苯、苯乙烯、硫化氫、氯氣、二氧化硫、甲醇等。

丁二烯裝置裝置目前主要工藝有DMF（二甲基甲酰胺）法、NMP（N-甲基吡咯烷酮）法、乙腈法，原理均為利用不同萃取劑進(jìn)行萃取粗丁二烯后再對(duì)丁二烯進(jìn)行精餾提純，得到純度99.50%以上的高純度丁二烯。某公司化工廠現(xiàn)有一套10 萬(wàn)噸丁二烯裝置（工藝為DMF 法），經(jīng)兩段萃取蒸餾、兩段精餾制取高純度丁二烯。該裝置于1999 年建設(shè)并投產(chǎn)，工藝流程中第二萃取蒸餾塔回流泵P-201A/B、第一分餾塔釜液泵P-302A/B、第二分餾塔頂回流泵P-303A/B 屬輕烴類(lèi)高危介質(zhì)泵，丁二烯回收塔釜液泵P-202A/B屬危險(xiǎn)介質(zhì)類(lèi)高危泵，上述8 臺(tái)機(jī)泵原始設(shè)計(jì)為單端面機(jī)械密封，運(yùn)行周期短。丁二烯等烴類(lèi)介質(zhì)泄漏、溶劑DMF 泄漏會(huì)給現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行帶來(lái)一定安全、環(huán)保隱患，急需進(jìn)行高危泵密封結(jié)構(gòu)改造，解決密封泄漏問(wèn)題。

2 機(jī)械密封結(jié)構(gòu)及使用情況

機(jī)械密封是指由至少一對(duì)垂直于旋轉(zhuǎn)軸線端面在流體壓力和補(bǔ)償機(jī)構(gòu)彈力的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合且相對(duì)滑動(dòng)所構(gòu)成的防止流體泄漏的裝置。

在原始設(shè)計(jì)中，第二萃取蒸餾塔回流泵P-201A/B、第一分餾塔釜液泵P-302A/B、第二分餾塔頂回流泵P-303A/B、丁二烯回收塔釜液泵P-202A/B 密封沖洗方案均為API682 PLAN 11方案，為常規(guī)單端面機(jī)械密封。表1 中TBC 為叔丁基鄰苯二酚的縮寫(xiě)。

表1 改造前丁二烯類(lèi)介質(zhì)機(jī)泵機(jī)械密封形式（API PLAN 11）及介質(zhì)

上述高危泵密封運(yùn)行周期較短，主要原因有以下3 個(gè)。

（1）高濃度丁二烯聚合，聚合物顆粒影響密封使用壽命。在丁二烯萃取精餾提純的過(guò)程中，因丁二烯化學(xué)性質(zhì)較活潑、易發(fā)生聚合反應(yīng)，其聚合物呈晶體顆粒狀，在聚合物形成初期質(zhì)地較堅(jiān)硬。在第二萃取蒸餾塔回流、第一分餾塔塔釜、第二分餾塔回流的丁二烯主流程，會(huì)夾帶丁二烯聚合物。微小的丁二烯聚合物夾帶十分不利于單端面機(jī)械密封正常。機(jī)泵備用狀態(tài)下，機(jī)械密封端面通過(guò)彈簧壓縮量使其緊密貼合，但端面外側(cè)直接與大氣接觸，無(wú)疑增加了丁二烯聚合的可能性。上述多種因素導(dǎo)致丁二烯機(jī)泵機(jī)械密封運(yùn)行周期較短。

（2）循環(huán)溶劑中攜帶的丁二烯聚合物，影響機(jī)械密封運(yùn)行周期。在丁二烯回收塔釜流程上為130 高溫DMF 溶劑，在丁二烯萃取過(guò)程中，溶劑中會(huì)夾帶丁二烯聚合物，細(xì)小的聚合物顆粒將會(huì)直接隨泵入口吸入進(jìn)入密封端面，從而影響密封運(yùn)行周期。

（3）原始機(jī)械密封膠圈材料選用不合理。原始機(jī)械密封與介質(zhì)直接接觸的膠圈采用普通橡膠材料。本丁二烯抽提裝置采用DMF 法進(jìn)行萃取。而長(zhǎng)期接觸DMF 的密封用膠圈會(huì)存在明顯老化，特別是在高溫工況下尤為明顯。關(guān)鍵位置的膠圈材料也在一定程度上決定了機(jī)械密封的使用壽命。

3 機(jī)泵密封結(jié)構(gòu)改造及運(yùn)行狀況

（1）針對(duì)上述位置丁二烯機(jī)泵運(yùn)行實(shí)際情況，結(jié)合裝置大檢修機(jī)會(huì)，對(duì)丁二烯等烯烴類(lèi)機(jī)泵密封進(jìn)行改造。為保證丁二烯介質(zhì)密封部位與氧氣隔絕，優(yōu)先使用API 682 中氣體密封，增加氮?dú)饩彌_氣。泄漏氣體經(jīng)收集后送至火炬系統(tǒng)，避免烯烴類(lèi)介質(zhì)外漏至大氣中形成安全隱患。綜合各種密封方案優(yōu)缺點(diǎn)，最終選擇PLAN 11 72+75 方案進(jìn)行改造。

（2）針對(duì)溶劑類(lèi)介質(zhì)高危泵采用外引新鮮溶劑的沖洗方式，使密封端面位置始終采用新鮮溶劑進(jìn)行沖洗，最終選擇PLAN 32 72+75 方案進(jìn)行改造。大檢修改造后，通過(guò)2 個(gè)大檢修周期運(yùn)行，各改造機(jī)泵密封運(yùn)行周期明顯延長(zhǎng)（表2）。

表2 丁二烯類(lèi)介質(zhì)機(jī)泵密封改造方案及運(yùn)行周期

（3）API PLAN 11 72+75 為采用隔離氮?dú)庥糜谝讚]發(fā)介質(zhì)的串聯(lián)式干氣密封。氮?dú)庠唇?jīng)V1 減壓閥減壓，經(jīng)2 μm 孔徑的精密過(guò)濾器進(jìn)入二級(jí)密封腔內(nèi)，通過(guò)二級(jí)密封腔入口、出口孔板孔徑的精確設(shè)計(jì)，使二級(jí)密封腔壓力控制在0.07 MPa（火炬背壓0.02 MPa），通過(guò)流量計(jì)實(shí)時(shí)觀測(cè)二級(jí)密封腔內(nèi)氮?dú)饬髁?，保持?.43 m3/h（圖1）。維持氮?dú)獬掷m(xù)流動(dòng)且壓力穩(wěn)定對(duì)于二級(jí)密封十分重要，既可以隔絕大氣中的氧，避免與介質(zhì)接觸使丁二烯介質(zhì)產(chǎn)生聚合，也可以將一級(jí)機(jī)械密封泄漏的丁二烯及時(shí)帶至火炬系統(tǒng)，進(jìn)而延長(zhǎng)一級(jí)機(jī)械密封的使用壽命。

圖1 串聯(lián)式干氣密封示意

借助密封改型的契機(jī)，對(duì)密封關(guān)鍵部位密封膠圈材料進(jìn)行升級(jí)，直接與介質(zhì)接觸的膠圈由原始的普通橡膠升級(jí)為耐腐蝕性更強(qiáng)的氟橡膠材料，與高溫溶劑直接接觸的P-202A/B 泵密封膠圈升級(jí)為全氟醚材料，徹底解決了因丁二烯溶劑造成的密封膠圈老化問(wèn)題。

針對(duì)溶劑介質(zhì)機(jī)泵聚合物夾帶問(wèn)題，外引新鮮溶劑作為沖洗液，在密封腔內(nèi)形成一個(gè)純新鮮溶劑的密封保護(hù)環(huán)境，有效隔離循環(huán)溶劑中聚合物、減少對(duì)密封端面的影響。外引溶劑時(shí)應(yīng)注意對(duì)流量和壓力的監(jiān)控，避免影響機(jī)泵運(yùn)行。

4 其他日常操作優(yōu)化

（1）針對(duì)丁二烯遇氧易加劇聚合反應(yīng)的特性，在每次機(jī)泵檢維修后要進(jìn)行氮?dú)獯祾咧脫Q，使泵腔內(nèi)氧含量降至最低，最大限度減少檢維修等外部因素對(duì)機(jī)泵內(nèi)介質(zhì)的影響。

（2）日常加強(qiáng)巡檢管理，通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)及DCS 的雙重巡檢管理，重點(diǎn)監(jiān)控二級(jí)密封運(yùn)行狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)減壓氮?dú)鈮毫Α⒍?jí)密封腔壓力偏離正常運(yùn)行指標(biāo)報(bào)警時(shí)，及時(shí)查找原因。密封管路孔板出現(xiàn)堵塞及時(shí)進(jìn)行疏通，精心維護(hù)，延長(zhǎng)使用壽命。

（3）強(qiáng)化日常機(jī)泵檢維修管理，確保集裝密封按照要求進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)安裝。具備條件的應(yīng)對(duì)下線密封進(jìn)行解體，分析失效原因，為今后密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)優(yōu)化提供經(jīng)驗(yàn)。機(jī)泵檢修投用后，應(yīng)嚴(yán)格按照操作規(guī)程執(zhí)行，先投用介質(zhì)、后投用密封氮?dú)?，避免因先投用氮?dú)鈱?dǎo)致二級(jí)密封腔靜環(huán)膠圈移位密封失效的故障。

5 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)高危泵密封結(jié)構(gòu)形式改造，不僅有效延長(zhǎng)了丁二烯、DMF 溶劑類(lèi)機(jī)泵密封的使用壽命，同時(shí)也為其他運(yùn)行周期較短的機(jī)械密封機(jī)泵提供了較好的優(yōu)化經(jīng)驗(yàn)。