羰基合成反應釜機械密封輔助系統升級改造

魏文亮，曹 達，何向東，楊惠霞，呂 喆，王玉成

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羰基合成反應釜機械密封輔助系統升級改造

魏文亮1，曹 達1，何向東1，楊惠霞1，呂 喆2，王玉成2

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

針對羰基合成反應釜原進口機械密封輔助系統Plan 53A在使用中存在的問題，提出了用全新的Plan 54升級改造原密封輔助系統的技術方案。相較于原輔助系統沖洗方案，新沖洗方案的隔離液循環流量更大，機械密封的散熱效果更好；同時機械密封輔助系統的安全性和可靠性也得到了極大的提高，可以確保機械密封長周期安全運行。

羰基合成反應釜；機械密封；輔助系統；升級改造

某石化公司化工二廠丁辛醇裝置引進美國聯碳公司專利技術，以丙烯和合成氣為原料，采用低壓羰基合成法生產辛醇和正丁醇，同時副產品異丁醇是合成精細化工產品的重要原料。現化工二廠使用的羰基合成反應釜3401A/B/C是美國萊寧公司（LIGHTNING）生產的，配套采用美國福斯公司（FLOWSERVE）雙端面機械密封，機封采用PLAN 53A沖洗系統。該裝置自2012年開工后，反應釜3401A/B/C機械密封多次失效。2012年底化工二廠嘗試就羰基合成反應釜3401A/B/C進行國產化改造，但經國內多家企業參與反應釜機械密封改造后仍無法解決機械密封的頻繁失效問題，根本無法滿足裝置正常生產需求。2016年2月國內某機械密封專業公司參與對反應釜3401A/B/C密封及輔助系統進行國產化改造，改造后的機械密封及輔助系統運行穩定、可靠，有效解決了該石化公司化工二廠所面對的老大難問題。

1 反應釜工況參數及當地條件

1.1 羰基合成反應釜3401A/B/C工況參數

表1 羰基合成反應釜3401A/B/C工況參數

1.2 當地環境溫度、冷卻水條件參數

表2 當地環境溫度、冷卻水參數

1.3 羰基合成反應釜3401A/B/C工況及當地環境特點分析

由表1的操作壓力可以看出,羰基合成反應釜3401A/B/C屬于變壓力工況，因此與反應釜配套的機械密封要長周期運轉，摩擦副內、外壓差就應基本恒定，使其處于相對穩定的壓力場，因此密封配套沖洗系統的封液壓力應采用與釜內壓力隨變方式，即在封液壓力始終高于釜內壓力同時，封液壓力與釜內壓力差值應保持恒定。

由表2大氣溫度可以看出,當地環境溫度溫差大（最低溫度-40 ℃、最高溫度50 ℃），機械密封要長周期運轉，其動、靜密封點處溫度場就不能存在較大的變化，且應維持在10～45 ℃范圍之間為宜，因此封液溫度、封液流量應保持恒定。

2 密封沖洗系統升級改造方案

羰基合成反應釜3401A/B/C原采用的是PLAN 53A沖洗系統，通過第1.3項分析可知，PLAN 53A系統無法滿足釜介質工況的壓力周期性、復雜性及當地氣候環境等諸多因素，需采用Plan54沖洗系統，通過外圍設備的變壓力、恒溫、恒流量供給系統來提供機封所需的良好的工作環境，保證密封長周期、穩定運轉。

2.1 密封沖洗系統升級改造方案簡介

首先機封沖洗系統應運行可靠，這樣才可以滿足在任何可能的介質工藝條件變化下均能有效為機封服務的要求，為密封提供合理的壓力、溫度、流量等控制參數。

針對反應釜3401A/B/C介質條件，Plan54系統封液選用適用于機械密封摩擦副潤滑且對介質無影響的10#白油。由于白油粘度低，Plan54系統動力源選用雙螺桿泵。雙螺桿泵屬于容積泵，運轉中泵送介質流量恒定、壓力脈動小、噪音低，適用低粘度下清潔油品。采用雙螺桿泵作為動力源可以保障機封系統自身的長周期、穩定運轉。

機封封液在使用過程中要保持清潔并防止油品高溫變質、低溫結冰，因此采用過濾精度30μm燒結濾芯過濾掉油品內雜質，保障機封潤滑油品清潔；由于機封運轉中在摩擦副表面產生大量熱量，白油作為封液為機封摩擦副提供潤滑的同時也將帶走摩擦副表面的熱量，因此系統需要采用冷卻器為白油降溫，PLAN54系統采用了2臺（換熱面積5㎡）冷卻器，使用方式一用一備或依據白油溫度選擇同時投用。系統停運期間，白油依靠油箱內置電加熱器預熱，以防止白油在低溫下凝固，確保白油溫度控制在設計溫度范圍內。

2.2 密封沖洗系統升級改造方案設計特點

（1）PLAN54系統采用一拖三方式為反應釜3401A/B/C同時提供封液；

（2）PLAN54采用雙泵系統，即采用兩臺雙螺桿泵，一用一備，互為備用；

（3）系統上油路總管壓力采取脈沖吸收及恒定壓力監測與控制；

（4）系統設置超壓保護措施；

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

（6）密封封液各支管路均采用恒定流量、變壓力監測與控制；

（7）密封泄漏監測及報警；

（8）系統不停車密封在線維修、更換；

（9）系統不停車在線自身維修、維護。

2.3 密封沖洗系統升級改造P&ID圖及邏輯聯鎖圖

依據用戶現場情況，PLAN54沖洗系統分兩部分布置，動力源本體部分及現場管路部分。本體部分布置于空曠、適于維護的地面泵房內，現場管路部分位于反應釜3401A/B/C設備附近。由于動力源本體部分距離反應釜3401A/B/C水平距離、垂直距離較遠，為了有效、及時、準確檢測反應釜3401A/B/C機封封液的壓力及溫度情況，故將密封封液的測壓、測溫儀表布置于所在位號機封附近下游管路。

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

圖1 PLAN54密封沖洗油站本體部分P&ID圖

圖2 反應釜3401C機封進、出口管路P&ID圖

圖3 PLAN54系統邏輯聯鎖圖

2.4 密封系統升級改造實施要點

PLAN54系統壓力源采用兩臺雙螺桿泵，互為備用，兩臺螺桿泵下游管路均配備彈簧微啟安全閥，防止出現系統意外高壓損傷泵體及造成現場設備損壞。

PLAN54系統油箱配置防爆電加熱器及液位變送器，中控可以通過液位變送器數據實時監測油箱液位。若液位低，防爆電加熱器無法投用，防止電加熱器干燒而損壞，若液位低至泵吸入口位置，則兩臺螺桿泵均無法啟動，可防止雙螺桿泵無液運轉而損壞。

PLAN54系統去機封前封液總管路布置皮囊蓄能器，可以有效吸收螺桿泵運行期間產生的微小壓力脈動，蓄能器下游配置壓力變送器及氣動壓力調節閥，壓力變送器實時監測封液總管壓力并通過PID控制、調節氣動壓力調節閥的開度，確保封液系統去機封前總管路內白油壓力始終保持在設定值。

3401A/B/C密封上、下游封液各分支管路分別配置質量流量變送器，可以定性、定量檢測各臺密封的泄漏情況，監測密封封液流量。

3401A/B/C密封上游封液各分支管路分別布置氣動流量調節閥，各支路密封上游的質量流量計通過PID控制、調節氣動流量調節閥開度，保證3401A/B/C各支路流量始終保持在設定值。

3401A/B/C密封下游封液各分支管路布置氣動壓力調節閥及壓力變送器，并采集3401A/B/C釜內壓力，通過分支封液管路壓力變送器及各釜內壓力變送器的示數差值實時、有效控制并調節氣動壓力調節閥開度，保證3401A/B/C機封封液壓力始終高于釜內壓力在設定值附近，并隨釜內壓力的變化而自動調整。

3401A/B/C密封下游管路布置溫度檢測元件，信號遠傳中控，若機封出現故障，白油溫度發生大幅波動，中控可隨時檢測到機封運轉情況及運行趨勢。

3401A/B/C密封上、下游封液各分支管路分別配置旁路，可以實現單臺封液管路的手動操作，實現單臺密封、智能儀表及調節閥從封液管路中切除、維護、更換，而不影響其他密封及系統整體的正常運行。

4 結束語

升級改造后的反應釜3401A/B/C密封及輔助系統自2016年5月開始投入運行，已連續運轉已近一年，經受了夏季的酷熱與冬季的寒冷等惡劣環境天氣的考驗，截至目前密封輔助系統運行運行穩定、可靠，各項指標均達到了設計要求，有效地解決了長期困擾丁辛醇裝置正常運行的機械密封頻繁失效的老大難問題。

［1］劉國輝，杜立建，張晏崧，等. 羰基合成反應器攪拌器機械密封失效原因分析[J]. 煉油與化工，2016.

［2］顧永泉.機械密封使用技術[M]. 北京：機械工業出版社，2001.

［3］顧永泉.機械端面密封主要參數的計算（三）：性能參數（續）與計算示例[J]. 流體機械，1996（6）：27-32.

［4］美國石油學會標準API Std682［S］. 2004.

［5］釜用機械密封輔助裝置HG/T2122-2003［S］.

［6］釜用機械密封技術條件HG/T2269-2003［S］.

［7］釜用機械密封系列及主要參數HG/T2098-2001［S］.

［8］《煉油廠設備檢修手冊》編寫組. 煉油廠設備檢修手冊[M]. 北京：石油工業出版社，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研究、設計。

TQ 052

A

1004-0935（2017）03-0239-03