機械密封沖洗方案的選型

謝施展

內蒙古大唐國際克旗煤制天然氣有限公司 025350

概述：本公司于2009年8月20日獲得國家發改委核準，是國家第一個核準建設的大型煤制天然氣示范工程。公司設計年產能為40億立方米，同時副產焦油等副產品。工藝主要采用碎煤加壓氣化、粗煤氣耐硫變換冷卻、低溫甲醇洗凈化、克勞斯硫回收加氨法脫硫、甲烷化合成及廢水處理等工藝技術，整體技術安全可靠，工藝科學合理，能源綜合利用效率高達55.4%，總體裝置匹配達到了國際先進水平。工業廢水進行高效處理后得到循環利用，實現廢水“零”排放。

問題分析：凈化低溫甲醇洗裝置甲醇循環泵和熱再生塔給料泵的機械密封原設計為背對背雙端面帶壓設計（如圖一）密封沖洗為PLAN53B帶蓄能器的加壓系統（如圖二）

兩泵工藝介質都為富甲醇液，并含有硫化氫（H2S）、一氧化碳、有機硫等伴生雜質。尤其是硫化氫（H2S）危害極大：一方面泄漏后甲醇富液閃蒸出硫化氫對大氣造成污染；另一方面可能對操作人員聲明造成影響；因此要求機械密封廠家對密封方案選型規范上，機械密封為背對背雙端面帶壓設計（如圖一），密封緩沖液壓力P2大于P1，使介質無法向大氣側泄漏，真正做到泵內輸送介質（含硫化氫富甲醇）無法泄漏到大氣側。其中，圖二中PLAN53B帶壓密封系統是靠蓄能器為機械密封的緩沖液提供穩定可持續的壓力保證，減少封液壓力的脈動，由于封液壓力P2大于含硫化氫甲醇富液介質側壓力P1（如圖三），內密封面的液膜由干凈的緩沖液（貧甲醇），所以密封的潤滑就很充分，延長了密封的使用壽命，同時配有機封罐壓力DCS監測，來判斷機封運行狀況，根據經驗，如果機封運行正常，蓄能器內保證機封封液補液周期在25天以上是沒有問題的。

與PAN53B相比之下，這種設計（圖三）P1壓力大于機械密封封液壓力P2（微正壓），所以，內密封面液膜完全有工藝介質側產生，其泄漏方向與上面PLAN53B方案會完全改變，一旦發生泄漏工藝介質會到PLAN52方案的機封罐中，甲醇富液及其雜質會與封液一起混合，也將有可能會從外側密封面泄漏到大氣中，不能做到真正意義上的零泄漏。另外，隨著泵與機械密封長周期運行，泄漏到機封罐中的含硫化氫富液會不斷累積，硫化氫濃度PPM逐漸增大，不僅會腐蝕大氣側機械密封金屬部件，也會腐蝕PLAN52系統中的金屬部件，因為硫化氫對Fe有較強腐蝕性，產生‘氫脆’應力腐蝕，也會與許多金屬離子反應，生成不溶于水或酸的硫化物沉淀。實際生產中硫化氫（H2S）濃度（PPM）的變化和對外側密封和系統的腐蝕，是沒有辦法像監測壓力、溫度一樣進行實時監控，會給正常的生產運行管理帶來不可控的風險。另外，由于工藝介質會含有一些小顆粒，會隨密封端面液膜的動態形成而進入內密封面，對機械密封面造成磨損，影響機械密封的長周期使用。

結論

從理論分析上，機封沖洗方案最好應選用PLAN53B。但在實際生產中，一方面PLAN53B緩沖液特性比較適合為白油，不易氣化。現場根據工藝介質情況而采用甲醇，這樣就導致密封面液膜氣化，產生干摩擦；另一方面前期試車階段系統介質含有顆粒狀雜質，一旦內密封泄漏，將導致顆粒隨緩沖液進入密封面，造成機封泄漏；為維持系統穩定運行，我單位機械密封沖洗方案改造成為PLAN52，并取得了一定的效果。

[1]天津大學編《化工原理》天津科技出版社.

[2]清華大學編《機械原理》清華大學出版社.

[3]何玉潔編《機械密封選用手冊》機械工業出版社.