丁二烯裝置高危介質泵密封改造

劉德璽

（中國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的特性，生產工藝中流體介質一旦泄漏非常容易引發安全事故。丁二烯生產裝置中的高危介質泵一旦發生機械密封泄漏，輕則引起生產裝置停工檢修，重則引發生產安全事故。為此，對丁二烯裝置機泵密封進行改造，優化機械密封方案，延長丁二烯裝置機泵密封運行周期，同時也是保障丁二烯生產裝置長周期穩定運行的必然途徑。

1 高危介質泵的種類

高危介質泵是高風險泵中的一類泵，主要分為高溫熱油泵、輕烴泵、毒害介質泵等。

（1）高溫熱油類：輸送介質最高運行溫度不小于自燃點或介質溫度大于200 ℃，如蒸餾裝置的側線泵、減底泵、常底泵和初底泵；催化裝置的回煉油泵、回流泵、油漿泵等。

（2）輕烴類：輸送介質為大氣壓力下極易揮發的烴類物質，一般是指C5 或密度更小的烴類物質的單體或其混合物，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、常頂三級冷凝油泵、脫丁烷塔進料泵和頂塔頂回流泵；催化裝置的液態烴泵、凝縮油泵、石油氣進料泵、穩定塔頂回流泵、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、儲運裝置含輕烴介質的工藝流程泵。

（3）毒害類：在其生產、使用或處置的任何階段，具有會給人、其他生物或環境帶來潛在危害特性的物質，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行萃取粗丁二烯后再對丁二烯進行精餾提純，得到純度99.50%以上的高純度丁二烯。某公司化工廠現有一套10 萬噸丁二烯裝置（工藝為DMF 法），經兩段萃取蒸餾、兩段精餾制取高純度丁二烯。該裝置于1999 年建設并投產，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 屬輕烴類高危介質泵，丁二烯回收塔釜液泵P-202A/B屬危險介質類高危泵，上述8 臺機泵原始設計為單端面機械密封，運行周期短。丁二烯等烴類介質泄漏、溶劑DMF 泄漏會給現場運行帶來一定安全、環保隱患，急需進行高危泵密封結構改造，解決密封泄漏問題。

2 機械密封結構及使用情況

機械密封是指由至少一對垂直于旋轉軸線端面在流體壓力和補償機構彈力的作用下以及輔助密封的配合下保持貼合且相對滑動所構成的防止流體泄漏的裝置。

在原始設計中，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，為常規單端面機械密封。表1 中TBC 為叔丁基鄰苯二酚的縮寫。

表1 改造前丁二烯類介質機泵機械密封形式（API PLAN 11）及介質

上述高危泵密封運行周期較短，主要原因有以下3 個。

（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程中，因丁二烯化學性質較活潑、易發生聚合反應，其聚合物呈晶體顆粒狀，在聚合物形成初期質地較堅硬。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械密封正常。機泵備用狀態下，機械密封端面通過彈簧壓縮量使其緊密貼合，但端面外側直接與大氣接觸，無疑增加了丁二烯聚合的可能性。上述多種因素導致丁二烯機泵機械密封運行周期較短。

（2）循環溶劑中攜帶的丁二烯聚合物，影響機械密封運行周期。在丁二烯回收塔釜流程上為130 高溫DMF 溶劑，在丁二烯萃取過程中，溶劑中會夾帶丁二烯聚合物，細小的聚合物顆粒將會直接隨泵入口吸入進入密封端面，從而影響密封運行周期。

（3）原始機械密封膠圈材料選用不合理。原始機械密封與介質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 法進行萃取。而長期接觸DMF 的密封用膠圈會存在明顯老化，特別是在高溫工況下尤為明顯。關鍵位置的膠圈材料也在一定程度上決定了機械密封的使用壽命。

3 機泵密封結構改造及運行狀況

（1）針對上述位置丁二烯機泵運行實際情況，結合裝置大檢修機會，對丁二烯等烯烴類機泵密封進行改造。為保證丁二烯介質密封部位與氧氣隔絕，優先使用API 682 中氣體密封，增加氮氣緩沖氣。泄漏氣體經收集后送至火炬系統，避免烯烴類介質外漏至大氣中形成安全隱患。綜合各種密封方案優缺點，最終選擇PLAN 11 72+75 方案進行改造。

（2）針對溶劑類介質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行沖洗，最終選擇PLAN 32 72+75 方案進行改造。大檢修改造后，通過2 個大檢修周期運行，各改造機泵密封運行周期明顯延長（表2）。

表2 丁二烯類介質機泵密封改造方案及運行周期

（3）API PLAN 11 72+75 為采用隔離氮氣用于易揮發介質的串聯式干氣密封。氮氣源經V1 減壓閥減壓，經2 μm 孔徑的精密過濾器進入二級密封腔內，通過二級密封腔入口、出口孔板孔徑的精確設計，使二級密封腔壓力控制在0.07 MPa（火炬背壓0.02 MPa），通過流量計實時觀測二級密封腔內氮氣流量，保持在0.43 m3/h（圖1）。維持氮氣持續流動且壓力穩定對于二級密封十分重要，既可以隔絕大氣中的氧，避免與介質接觸使丁二烯介質產生聚合，也可以將一級機械密封泄漏的丁二烯及時帶至火炬系統，進而延長一級機械密封的使用壽命。

圖1 串聯式干氣密封示意

借助密封改型的契機，對密封關鍵部位密封膠圈材料進行升級，直接與介質接觸的膠圈由原始的普通橡膠升級為耐腐蝕性更強的氟橡膠材料，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題。

針對溶劑介質機泵聚合物夾帶問題，外引新鮮溶劑作為沖洗液，在密封腔內形成一個純新鮮溶劑的密封保護環境，有效隔離循環溶劑中聚合物、減少對密封端面的影響。外引溶劑時應注意對流量和壓力的監控，避免影響機泵運行。

4 其他日常操作優化

（1）針對丁二烯遇氧易加劇聚合反應的特性，在每次機泵檢維修后要進行氮氣吹掃置換，使泵腔內氧含量降至最低，最大限度減少檢維修等外部因素對機泵內介質的影響。

（2）日常加強巡檢管理，通過現場及DCS 的雙重巡檢管理，重點監控二級密封運行狀態。發現減壓氮氣壓力、二級密封腔壓力偏離正常運行指標報警時，及時查找原因。密封管路孔板出現堵塞及時進行疏通，精心維護，延長使用壽命。

（3）強化日常機泵檢維修管理，確保集裝密封按照要求進行現場安裝。具備條件的應對下線密封進行解體，分析失效原因，為今后密封結構改進優化提供經驗。機泵檢修投用后，應嚴格按照操作規程執行，先投用介質、后投用密封氮氣，避免因先投用氮氣導致二級密封腔靜環膠圈移位密封失效的故障。

5 結束語

通過高危泵密封結構形式改造，不僅有效延長了丁二烯、DMF 溶劑類機泵密封的使用壽命，同時也為其他運行周期較短的機械密封機泵提供了較好的優化經驗。