乙酸裝置沖洗酸系統(tǒng)技改總結(jié)

蘇世順

(河南龍宇煤化工有限公司 河南永城 476600)

0 前言

河南龍宇煤化工有限公司400 kt/a乙酸裝置主要包括反應(yīng)系統(tǒng)、反應(yīng)液循環(huán)冷卻系統(tǒng)、冷凝液回收系統(tǒng)、精餾系統(tǒng)、尾氣吸收系統(tǒng)、催化劑制備系統(tǒng)、產(chǎn)品輸送裝運系統(tǒng)、火炬系統(tǒng)等，生產(chǎn)乙酸的主要原料為甲醇和CO，其中甲醇來自一期項目的精甲醇儲罐，CO源自深冷分離裝置。進入乙酸裝置反應(yīng)系統(tǒng)的甲醇和CO在催化劑的作用下發(fā)生低壓羰基化反應(yīng)，生成的粗乙酸經(jīng)精餾系統(tǒng)提純得到體積分數(shù)99.9%的產(chǎn)品乙酸。

按設(shè)計院設(shè)計，乙酸裝置需提供沖洗酸，其作用是為了防止含催化劑的工藝介質(zhì)在設(shè)備、管線內(nèi)因沖洗不完全而造成催化劑沉淀。乙酸裝置沖洗酸用戶包括反應(yīng)系統(tǒng)的攪拌器、催化劑循環(huán)泵、熱交換器、取樣冷卻器，反應(yīng)液循環(huán)冷卻系統(tǒng)的循環(huán)冷卻泵、冷卻器。沖洗酸來自分離塔塔頂貯槽，經(jīng)沖洗酸泵提壓至4.0 MPa后分為2路，一路直接進入反應(yīng)系統(tǒng)的攪拌器、熱交換器、取樣冷卻器以及反應(yīng)液循環(huán)冷卻系統(tǒng)的冷卻器、循環(huán)冷卻泵，另一路經(jīng)沖洗酸減壓閥減壓至0.6 MPa后送至反應(yīng)系統(tǒng)的催化劑循環(huán)泵。催化劑循環(huán)泵沖洗酸用量在200～500 kg/h，要求壓力為0.6 MPa；攪拌器沖洗酸用量約為160 kg/h，循環(huán)冷卻泵沖洗酸用量在200～500 kg/h，要求壓力均為4.0 MPa；熱交換器以及冷卻器沖洗酸主要是在開停車以及工藝置換時使用，流量控制在500 kg/h左右，沖洗時間4～6 h，要求壓力為4.0 MPa。

1 沖洗酸系統(tǒng)存在的問題

機械密封的沖洗是控制溫度、延長機械密封使用壽命的最有效措施。乙酸裝置動靜設(shè)備機械密封沖洗的主要作用是利用溫度較低的沖洗酸及時帶走摩擦熱，防止動靜環(huán)以及彈簧中出現(xiàn)催化劑沉淀，及時沖走密封腔內(nèi)的催化劑及其他雜質(zhì)以保持密封腔潔凈，同時沖洗酸具有潤滑摩擦副的作用。

技改前，乙酸裝置沖洗酸系統(tǒng)使用的沖洗酸泵存在問題較多，如：油冷卻器換熱效果差并存在內(nèi)漏，造成機泵內(nèi)油品變質(zhì)，影響機泵運行；立式高速泵入口物料組分波動，容易出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，造成出口流量波動較大；因機械原因，造成機泵電流過載而發(fā)生跳車。技改前，沖洗酸系統(tǒng)存在的問題主要包括：沖洗酸加壓閥內(nèi)膜片易腐蝕，經(jīng)常發(fā)生泄漏且壓力波動較大；沖洗酸的高壓用戶和低壓用戶未完全隔離，如果沖洗酸泵出口流量發(fā)生波動，會造成整個沖洗酸系統(tǒng)的波動，從而影響乙酸裝置機泵的穩(wěn)定運行；單設(shè)備沖洗酸隔離工藝處理較繁瑣；沖洗酸泵出口物料溫度較高，縮短了機械密封的使用壽命。

在沖洗酸用戶定期拆檢(包括換熱器內(nèi)部換熱管線清理)以及取樣管線疏通過程中發(fā)現(xiàn)，沖洗酸使用情況直接決定了設(shè)備以及管線內(nèi)催化劑的沉淀情況。同時，通過對機泵集裝機械密封的拆檢，發(fā)現(xiàn)動靜環(huán)以及內(nèi)部備件表面在沖洗酸投用不正常情況下存在催化劑沉淀，造成動靜環(huán)磨損嚴重，機械密封出現(xiàn)內(nèi)漏，最終導(dǎo)致密封液系統(tǒng)被污染，影響其他密封液用戶的正常使用；若機械密封出現(xiàn)外漏，不但會造成機泵基座被腐蝕，而且外排的含催化劑的乙酸物料會進入雨水系統(tǒng)，從而引發(fā)環(huán)保等問題。

2 技改措施

乙酸裝置沖洗酸用戶采用的沖洗方案為ANSI/API682—2006中的PLAN32，用于單端面密封沖洗，以改善密封環(huán)境、降低密封腔的工作溫度，真空狀態(tài)下可以阻止空氣的進入。沖洗流程為外部來的溫度較低的工藝介質(zhì)直接進入密封腔，對密封端面進行沖洗、冷卻，沖洗管線上設(shè)有切斷閥和單向閥。乙酸裝置沖洗酸技改項目的實施從高壓和低壓沖洗酸用戶2個方面進行考慮。

高壓沖洗酸用戶的工作壓力在4.0 MPa左右，工作溫度在195 ℃左右，裝置區(qū)符合此工作條件的沖洗酸來源有吸收液返料泵和返料泵。返料泵出口沖洗酸壓力為5.0 MPa、溫度為40 ℃，但潔凈度無法滿足要求；吸收液返料泵出口沖洗酸壓力為5.0 MPa、溫度為20 ℃，且潔凈度較高。經(jīng)綜合考慮，決定高壓沖洗酸用戶選用吸收液返料泵出口的沖洗酸，具體實施方案是在原沖洗酸至各用戶管線前增設(shè)切斷閥，并從吸收液返料泵出口導(dǎo)淋引DN 25 mm管線至高壓沖洗酸用戶。

低壓沖洗酸用戶的工作壓力在0.6 MPa左右，工作溫度在130 ℃左右，裝置區(qū)符合此工作條件的沖洗酸來源很多，主要是精餾系統(tǒng)的磁力泵內(nèi)物料。通過對各機泵內(nèi)工藝物料的分析，最終選擇精制塔塔頂回流泵內(nèi)物料作為低壓沖洗酸的來源，具體實施方案是原有沖洗酸減壓閥全開，從精制塔塔頂回流泵出口管線引DN 25 mm管線至沖洗酸減壓閥后管線。

沖洗酸系統(tǒng)改造使用管徑為DN 25 mm的無縫鋼管，參考國家標準《化工配管用無縫及焊接鋼管尺寸選用系列》(HG/T 20553—2011)，選擇壁厚SCH40S、材質(zhì)316L。技改項目實施完成后，鑒于乙酸冰點為16.8 ℃，所以沿途技改管線增設(shè)伴熱銅管，確保沖洗酸系統(tǒng)在溫度較低時不會出現(xiàn)結(jié)凍情況；同時，管線布置方面盡量選擇水平管線，以避免技改管線出現(xiàn)拐角死點現(xiàn)象；技改管線兩側(cè)增設(shè)切斷閥，閥門選擇球閥以便于開關(guān)隔離；技改管線低點位置增設(shè)排液導(dǎo)淋，便于技改管線工藝隔離交出檢修。

3 技改效果

(1) 高壓沖洗酸系統(tǒng)與低壓沖洗酸系統(tǒng)完全隔離，可單獨操作，避免因壓力調(diào)節(jié)不穩(wěn)而影響全系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。增設(shè)的隔離閥應(yīng)盡量靠近高壓側(cè)，并選用球閥。在技改管線正常投用期間，截止閥前增設(shè)盲板，可防止高低壓沖洗酸竄壓而影響系統(tǒng)運行。

(2) 高低壓沖洗酸用戶對沖洗酸參數(shù)要求與原沖洗酸系統(tǒng)設(shè)計參數(shù)一致，便于調(diào)節(jié)。

(3) 技改前，在沖洗酸用戶大幅調(diào)節(jié)流量和

壓力期間，必須時刻關(guān)注沖洗酸泵的工作電流，防止因沖洗酸泵出口流量波動較大而造成機泵電流過載跳車；沖洗酸泵檢修頻次為1次/月，更換備件主要為機封動靜環(huán)、油封動靜環(huán)、高速軸、低速軸軸承、擋油環(huán)等，每次檢修費用在5 000元左右，檢修耗時6 h。技改項目實施后，沖洗酸泵被完全取代，節(jié)省了設(shè)備維護保養(yǎng)以及備件費用。

(4) 技改前，沖洗酸減壓閥經(jīng)常出現(xiàn)減壓效果不理想的情況，需采用前后切斷閥進行節(jié)流控制壓力，時間一長造成前后閥門出現(xiàn)內(nèi)漏，減壓閥無法隔離交出，需停運整個沖洗酸系統(tǒng)進行檢修處理；由于乙酸的強腐蝕性，減壓閥閥體以及內(nèi)部膜片經(jīng)常出現(xiàn)砂眼，更換備件工藝交出困難，每次檢修費用約1 000元，耗時6 h。技改后，采用相同材質(zhì)、尺寸的短節(jié)替代減壓閥，減少了靜設(shè)備密封點，使用方便。

(5) 技改項目實施后，沖洗酸用戶通過定期檢查，特別是通過對機泵機械密封的定期拆檢，發(fā)現(xiàn)機械密封內(nèi)沉淀的催化劑較少，磨損情況得到明顯改善，有效延長了機械密封的使用壽命；同時，取樣設(shè)備管線內(nèi)部未出現(xiàn)堵塞情況。

(6) 由于沖洗酸系統(tǒng)運行穩(wěn)定，有效減少了因沖洗不合格而出現(xiàn)催化劑沉淀所造成的催化劑損耗。