羰基合成反应釜机械密封辅助系统升级改造

魏文亮，曹 达，何向东，杨惠霞，吕 喆，王玉成



羰基合成反应釜机械密封辅助系统升级改造

魏文亮1，曹 达1，何向东1，杨惠霞1，吕 喆2，王玉成2

（1. 大连华阳密封股份有限公司，辽宁 大连 116036； 2. 大庆石化分公司化工二厂，黑龙江 大庆 163714）

针对羰基合成反应釜原进口机械密封辅助系统Plan 53A在使用中存在的问题，提出了用全新的Plan 54升级改造原密封辅助系统的技术方案。相较于原辅助系统冲洗方案，新冲洗方案的隔离液循环流量更大，机械密封的散热效果更好；同时机械密封辅助系统的安全性和可靠性也得到了极大的提高，可以确保机械密封长周期安全运行。

羰基合成反应釜；机械密封；辅助系统；升级改造

某石化公司化工二厂丁辛醇装置引进美国联碳公司专利技术，以丙烯和合成气为原料，采用低压羰基合成法生产辛醇和正丁醇，同时副产品异丁醇是合成精细化工产品的重要原料。现化工二厂使用的羰基合成反应釜3401A/B/C是美国莱宁公司（LIGHTNING）生产的，配套采用美国福斯公司（FLOWSERVE）双端面机械密封，机封采用PLAN 53A冲洗系统。该装置自2012年开工后，反应釜3401A/B/C机械密封多次失效。2012年底化工二厂尝试就羰基合成反应釜3401A/B/C进行国产化改造，但经国内多家企业参与反应釜机械密封改造后仍无法解决机械密封的频繁失效问题，根本无法满足装置正常生产需求。2016年2月国内某机械密封专业公司参与对反应釜3401A/B/C密封及辅助系统进行国产化改造，改造后的机械密封及辅助系统运行稳定、可靠，有效解决了该石化公司化工二厂所面对的老大难问题。

1 反应釜工况参数及当地条件

1.1 羰基合成反应釜3401A/B/C工况参数

表1 羰基合成反应釜3401A/B/C工况参数

1.2 当地环境温度、冷却水条件参数

表2 当地环境温度、冷却水参数

1.3 羰基合成反应釜3401A/B/C工况及当地环境特点分析

由表1的操作压力可以看出,羰基合成反应釜3401A/B/C属于变压力工况，因此与反应釜配套的机械密封要长周期运转，摩擦副内、外压差就应基本恒定，使其处于相对稳定的压力场，因此密封配套冲洗系统的封液压力应采用与釜内压力随变方式，即在封液压力始终高于釜内压力同时，封液压力与釜内压力差值应保持恒定。

由表2大气温度可以看出,当地环境温度温差大（最低温度-40 ℃、最高温度50 ℃），机械密封要长周期运转，其动、静密封点处温度场就不能存在较大的变化，且应维持在10～45 ℃范围之间为宜，因此封液温度、封液流量应保持恒定。

2 密封冲洗系统升级改造方案

羰基合成反应釜3401A/B/C原采用的是PLAN 53A冲洗系统，通过第1.3项分析可知，PLAN 53A系统无法满足釜介质工况的压力周期性、复杂性及当地气候环境等诸多因素，需采用Plan54冲洗系统，通过外围设备的变压力、恒温、恒流量供给系统来提供机封所需的良好的工作环境，保证密封长周期、稳定运转。

2.1 密封冲洗系统升级改造方案简介

首先机封冲洗系统应运行可靠，这样才可以满足在任何可能的介质工艺条件变化下均能有效为机封服务的要求，为密封提供合理的压力、温度、流量等控制参数。

针对反应釜3401A/B/C介质条件，Plan54系统封液选用适用于机械密封摩擦副润滑且对介质无影响的10#白油。由于白油粘度低，Plan54系统动力源选用双螺杆泵。双螺杆泵属于容积泵，运转中泵送介质流量恒定、压力脉动小、噪音低，适用低粘度下清洁油品。采用双螺杆泵作为动力源可以保障机封系统自身的长周期、稳定运转。

机封封液在使用过程中要保持清洁并防止油品高温变质、低温结冰，因此采用过滤精度30μm烧结滤芯过滤掉油品内杂质，保障机封润滑油品清洁；由于机封运转中在摩擦副表面产生大量热量，白油作为封液为机封摩擦副提供润滑的同时也将带走摩擦副表面的热量，因此系统需要采用冷却器为白油降温，PLAN54系统采用了2台（换热面积5㎡）冷却器，使用方式一用一备或依据白油温度选择同时投用。系统停运期间，白油依靠油箱内置电加热器预热，以防止白油在低温下凝固，确保白油温度控制在设计温度范围内。

2.2 密封冲洗系统升级改造方案设计特点

（1）PLAN54系统采用一拖三方式为反应釜3401A/B/C同时提供封液；

（2）PLAN54采用双泵系统，即采用两台双螺杆泵，一用一备，互为备用；

（3）系统上油路总管压力采取脉冲吸收及恒定压力监测与控制；

（4）系统设置超压保护措施；

（5）系统采用双精密过滤器、双换热器，均为一用一备冗余措施，提高系统整体运行可靠性；

（6）密封封液各支管路均采用恒定流量、变压力监测与控制；

（7）密封泄漏监测及报警；

（8）系统不停车密封在线维修、更换；

（9）系统不停车在线自身维修、维护。

2.3 密封冲洗系统升级改造P&ID图及逻辑联锁图

依据用户现场情况，PLAN54冲洗系统分两部分布置，动力源本体部分及现场管路部分。本体部分布置于空旷、适于维护的地面泵房内，现场管路部分位于反应釜3401A/B/C设备附近。由于动力源本体部分距离反应釜3401A/B/C水平距离、垂直距离较远，为了有效、及时、准确检测反应釜3401A/B/C机封封液的压力及温度情况，故将密封封液的测压、测温仪表布置于所在位号机封附近下游管路。

PLAN54系统工艺管道流程具体见系统P&ID图。图1：PLAN54密封冲洗油站本体部分P&ID图，图2：反应釜3401A/B/C机封进、出口管路P&ID图（注：此处仅列出反应釜3401C机封进、出口管路P&ID图，反应釜3401A/B机封进、出口管路P&ID图与此图相同），图3：PLAN54系统逻辑联锁图。

图1 PLAN54密封冲洗油站本体部分P&ID图

图2 反应釜3401C机封进、出口管路P&ID图

图3 PLAN54系统逻辑联锁图

2.4 密封系统升级改造实施要点

PLAN54系统压力源采用两台双螺杆泵，互为备用，两台螺杆泵下游管路均配备弹簧微启安全阀，防止出现系统意外高压损伤泵体及造成现场设备损坏。

PLAN54系统油箱配置防爆电加热器及液位变送器，中控可以通过液位变送器数据实时监测油箱液位。若液位低，防爆电加热器无法投用，防止电加热器干烧而损坏，若液位低至泵吸入口位置，则两台螺杆泵均无法启动，可防止双螺杆泵无液运转而损坏。

PLAN54系统去机封前封液总管路布置皮囊蓄能器，可以有效吸收螺杆泵运行期间产生的微小压力脉动，蓄能器下游配置压力变送器及气动压力调节阀，压力变送器实时监测封液总管压力并通过PID控制、调节气动压力调节阀的开度，确保封液系统去机封前总管路内白油压力始终保持在设定值。

3401A/B/C密封上、下游封液各分支管路分别配置质量流量变送器，可以定性、定量检测各台密封的泄漏情况，监测密封封液流量。

3401A/B/C密封上游封液各分支管路分别布置气动流量调节阀，各支路密封上游的质量流量计通过PID控制、调节气动流量调节阀开度，保证3401A/B/C各支路流量始终保持在设定值。

3401A/B/C密封下游封液各分支管路布置气动压力调节阀及压力变送器，并采集3401A/B/C釜内压力，通过分支封液管路压力变送器及各釜内压力变送器的示数差值实时、有效控制并调节气动压力调节阀开度，保证3401A/B/C机封封液压力始终高于釜内压力在设定值附近，并随釜内压力的变化而自动调整。

3401A/B/C密封下游管路布置温度检测元件，信号远传中控，若机封出现故障，白油温度发生大幅波动，中控可随时检测到机封运转情况及运行趋势。

3401A/B/C密封上、下游封液各分支管路分别配置旁路，可以实现单台封液管路的手动操作，实现单台密封、智能仪表及调节阀从封液管路中切除、维护、更换，而不影响其他密封及系统整体的正常运行。

4 结束语

升级改造后的反应釜3401A/B/C密封及辅助系统自2016年5月开始投入运行，已连续运转已近一年，经受了夏季的酷热与冬季的寒冷等恶劣环境天气的考验，截至目前密封辅助系统运行运行稳定、可靠，各项指标均达到了设计要求，有效地解决了长期困扰丁辛醇装置正常运行的机械密封频繁失效的老大难问题。

［1］刘国辉，杜立建，张晏崧，等. 羰基合成反应器搅拌器机械密封失效原因分析[J]. 炼油与化工，2016.

［2］顾永泉.机械密封使用技术[M]. 北京：机械工业出版社，2001.

［3］顾永泉.机械端面密封主要参数的计算（三）：性能参数（续）与计算示例[J]. 流体机械，1996（6）：27-32.

［4］美国石油学会标准API Std682［S］. 2004.

［5］釜用机械密封辅助装置HG/T2122-2003［S］.

［6］釜用机械密封技术条件HG/T2269-2003［S］.

［7］釜用机械密封系列及主要参数HG/T2098-2001［S］.

［8］《炼油厂设备检修手册》编写组. 炼油厂设备检修手册[M]. 北京：石油工业出版社，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，工程师，硕士研究生，辽宁大连市人，研究方向：从事流体密封与系统研究、设计。

TQ 052

A

1004-0935（2017）03-0239-03