羅金娟

(中國石化上海石化股份有限公司烯烴部，200540)

串聯(lián)式干氣密封在離心泵上的應(yīng)用

羅金娟

(中國石化上海石化股份有限公司烯烴部，200540)

采用單端面機(jī)械密封的溶劑泵在運(yùn)行過程中經(jīng)常發(fā)生密封泄漏故障，造成設(shè)備檢修頻繁，且存在著微量泄漏而引起異味散發(fā)危害職業(yè)健康。通過對單端面密封進(jìn)行升級改造，運(yùn)用特殊設(shè)計的串聯(lián)式干氣密封技術(shù)代替原單端面機(jī)械密封，現(xiàn)場實(shí)際應(yīng)用效果證明該技術(shù)能夠有效地解決溶劑泵運(yùn)行過程中密封端面泄漏的問題。

機(jī)泵 串聯(lián)式 干氣密封 環(huán)境

1 項(xiàng)目背景

中國石化上海石油化工股份有限公司烯烴部3#烯烴丁二烯裝置新區(qū)2002 年 4 月投料開車。該裝置的生產(chǎn)方法采用日本瑞翁公司的專利技術(shù) GPB 工藝， 即采用二甲基甲酰胺(DMF)作萃取劑。該裝置共有12臺溶劑泵，主要數(shù)據(jù)參數(shù)見表1。

表1 丁二烯裝置新區(qū)離心泵主要數(shù)據(jù)參數(shù)

所有溶劑泵采用的機(jī)械密封型式均為單端面機(jī)械密封，沖洗方案有兩種：外部沖洗液注入式?jīng)_洗+用戶自配沖洗及帶換熱器正向自沖洗+用戶自配沖洗。在運(yùn)行過程中存在著微量泄漏引起的異味散發(fā)現(xiàn)象，泄漏介質(zhì)主要為DMF、對叔丁基鄰苯二酚(TBC)、甲苯等有毒、有害介質(zhì)。機(jī)械密封失效發(fā)生泄漏，不僅會危及職工安全、污染環(huán)境，同時會造成設(shè)備檢修頻繁，浪費(fèi)人力物力。

對維修時更換下來的舊密封檢查發(fā)現(xiàn)均有不同程度的結(jié)焦和彈簧堵塞的現(xiàn)象。分析認(rèn)為，現(xiàn)場外部沖洗液注入式?jīng)_洗的沖洗介質(zhì)是40 ℃的精制溶劑(非正常情況偶爾有少量雜質(zhì))，每臺泵的沖洗流量150～200 L/h，且停泵時停止沖洗。沖洗流量偏小，密封產(chǎn)生的熱量無法帶走，密封腔溫度升高，在整個密封腔內(nèi)，密封摩擦副位置溫度最高，摩擦副附近溫度至少有160 ℃，因此密封端面是易聚合點(diǎn)。另外，單端面密封的摩擦副內(nèi)側(cè)跟空氣直接接觸，微量泄漏的DMF在摩擦副內(nèi)側(cè)遇氧聚合，聚合使泄漏增大，泄漏增大導(dǎo)致更易聚合，惡性循環(huán)。同時，設(shè)備老化，口環(huán)間隙增大，外部沖洗液注入式?jīng)_洗的沖洗量不足或者停止時，介質(zhì)均易反串至密封腔內(nèi)聚合。

2 解決方案[1-4]

干氣密封是近年來對輸送有毒、有害介質(zhì)的離心泵較多采用的一種新型的密封型式，具有安全，環(huán)保，能耗低的特點(diǎn)。根據(jù)離心泵的工況特點(diǎn)，通?？梢圆捎秒p端面密封和串聯(lián)式干氣密封兩種密封方式。由于改造機(jī)泵屬老舊設(shè)備，泵腔尺寸偏小，改造成干氣密封存在一定的難度，需根據(jù)密封腔的實(shí)際情況對密封進(jìn)行針對性的優(yōu)化設(shè)計才能實(shí)現(xiàn)。

2.1 兩種密封方式優(yōu)缺點(diǎn)

雙端面干氣密封具有以下優(yōu)點(diǎn)： 用帶壓密封氣替代帶壓密封液，保證工藝介質(zhì)實(shí)現(xiàn)“零逸出”；整套密封非接觸運(yùn)行，其功率消耗僅為傳統(tǒng)雙端面密封的5%左右，使用壽命比傳統(tǒng)密封長5倍以上；結(jié)構(gòu)簡單的輔助系統(tǒng)，保證工藝介質(zhì)不受污染及工藝介質(zhì)不向大氣泄漏；密封氣通常采用工業(yè)氮?dú)?，徹底擺脫了傳統(tǒng)雙端面機(jī)械密封對油系統(tǒng)的依賴。

雙端面干氣密封的缺點(diǎn)：需要一定壓力的氣源，氣源壓力至少高于介質(zhì)壓力 0.15～0.2 MPa，并且有微量密封氣體進(jìn)入工藝流程。

串聯(lián)式干氣密封即干氣密封與接觸式機(jī)械密封串聯(lián)使用，機(jī)械密封為主密封，干氣密封為次密封。干氣密封與主密封間通入略高于火炬背壓的氮?dú)猓髅芊庑孤┑墓に嚱橘|(zhì)隨氮?dú)馀湃牖鹁婊蚴占?，保證工藝介質(zhì)不向大氣泄漏，是一種環(huán)保型密封；干氣密封在正常情況下處于非接觸無磨損的狀態(tài)，主密封失效后，干氣密封短時間內(nèi)起到主密封作用，防止工藝介質(zhì)向大氣大量泄漏。

串聯(lián)式干氣密封的缺點(diǎn)：該密封還不是完全意義上的干氣密封，其總體性能介于機(jī)械密封和干氣密封之間，密封使用壽命取決于機(jī)械密封的使用壽命。

2.2 方案選擇

通過以上雙端面機(jī)械密封及串聯(lián)機(jī)械密封改造方案優(yōu)缺點(diǎn)比較，并結(jié)合現(xiàn)場離心泵運(yùn)行參數(shù)及密封腔的結(jié)構(gòu)分析，選擇串聯(lián)式干氣密封形式無疑是更加合適的，對密封氣壓力要求不高，且密封氣不會進(jìn)入工藝流程。

2.2.1 方案改進(jìn)

改造后密封沖洗方式采用外部沖洗液注入式?jīng)_洗+外部密封氣注入系統(tǒng)+泄漏氣液排放系統(tǒng)及帶換熱器正向自沖洗+外部密封氣注入系統(tǒng)+泄漏氣液排放系統(tǒng)，即原機(jī)械密封的外部沖洗液注入式?jīng)_洗和帶換熱器正向自沖洗仍然保留。外部密封氣注入系統(tǒng)+泄漏氣液排放系統(tǒng)適用于不易揮發(fā)介質(zhì)的串聯(lián)式干氣密封。運(yùn)行過程中如第一級機(jī)械密封出現(xiàn)泄漏時，干氣密封系統(tǒng)會將泄漏物料引至收集罐，杜絕物料的外泄。

選擇此方案的同時，針對密封腔的實(shí)際情況，對泵的喉部襯套間隙、外沖洗布液以及密封的材質(zhì)做了一些改進(jìn)：重新全部測量泵上喉部襯套尺寸，配作副軸套，保持副軸套和喉部襯套間隙在單邊0.3 mm左右，即使沖洗量不足，也可以有效阻擋介質(zhì)反竄密封腔。

外沖洗孔全部在泵殼上，孔的位置不能保證正好對著第一級機(jī)械密封端面，因此在內(nèi)壓蓋上做引流布液處理，使外沖洗液均勻地對密封端面進(jìn)行沖洗潤滑。

密封介質(zhì)是烴類，介質(zhì)側(cè)密封選用專門為烴類介質(zhì)設(shè)計的成熟的CM1Bn型，此密封同等條件下端面生熱少，更利于在DMF介質(zhì)中使用。密封圈采用美國杜邦Kalrez全氟醚橡膠，既耐高溫和溶劑腐蝕，又比原來的聚對苯二甲酸乙二酯(PET)-聚對苯二甲酸丙二酯(PPT)共聚物(PTFE)密封圈浮動性好。

2.2.2 工藝流程

干氣密封系統(tǒng)為外部密封氣注入系統(tǒng)+泄漏氣液排放系統(tǒng)，外部密封氣注入系統(tǒng)對密封氣進(jìn)行凈化和控制，泄漏氣液排放系統(tǒng)對泄漏進(jìn)行監(jiān)測和收集。系統(tǒng)在保證密封工作在最佳設(shè)計狀態(tài)的同時，可以判斷密封系統(tǒng)運(yùn)行情況，當(dāng)密封失效時系統(tǒng)能及時報警，有利于維修工人以最快速度處理現(xiàn)場事故。

密封運(yùn)轉(zhuǎn)時，一級密封(機(jī)械密封)泄漏介質(zhì)被密封氣引入收集罐，易汽化部分排入火炬燃燒，進(jìn)入二級密封(干氣密封)的密封氣大部分被引至火炬，只有小部分通過密封端面向大氣端泄漏，其泄漏量不超過50 L/h。

判斷介質(zhì)側(cè)的機(jī)械密封是否工作正常，主要通過觀察泄漏通道壓力表壓力顯示值的變化。機(jī)械密封如果失效，大量壓力較高的工藝介質(zhì)到達(dá)第二級干氣密封腔，介質(zhì)氣化后造成干氣密封腔的壓力明顯增加，當(dāng)壓力表顯示壓力超過0.1 MPa時，表明密封已失效，此時壓力開關(guān)發(fā)出報警信號，操作人員應(yīng)及時停泵，啟動備用泵。泄漏的介質(zhì)一部分為氣體引入火炬燃燒，一部分為液體留存于收集罐中，定期通過管路進(jìn)行安全排放,確保介質(zhì)不會大量外泄至環(huán)境中。

判斷大氣側(cè)干氣密封工作是否正常，主要通過對密封氣流量的監(jiān)測來進(jìn)行。正常情況下，玻璃轉(zhuǎn)子流量計顯示流量為500 L/h左右，如干氣密封出現(xiàn)異常時，會導(dǎo)致流量明顯增大。當(dāng)流量達(dá)到 1 500 L/h 時，可認(rèn)為干氣密封已經(jīng)失效，應(yīng)及時停泵，啟動備用泵。

3 實(shí)施效果

該項(xiàng)目實(shí)施后，達(dá)到預(yù)期的效果。密封故障次數(shù)及現(xiàn)場異味與改造前相比都減少了。

3.1 檢修頻次比較

該項(xiàng)目實(shí)施后，投用5個月，未發(fā)生密封泄漏現(xiàn)象。雖然投用時間短，與理想化的使用年限2～3 a還有一定的差距，但是在改造前，相同周期內(nèi)會發(fā)生2～3次故障現(xiàn)象。

3.2 環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)對比

從現(xiàn)場環(huán)境和監(jiān)測數(shù)據(jù)可以進(jìn)行改造前后的比較，而環(huán)境監(jiān)測數(shù)據(jù)也能反映出有毒有害氣體泄漏量的減少。

選取項(xiàng)目改造機(jī)泵作為采樣點(diǎn)，機(jī)泵位號相同的取一個點(diǎn)，距離機(jī)泵密封10～20 cm處采集樣品，分別在項(xiàng)目實(shí)施前、項(xiàng)目實(shí)施后兩次采樣，根據(jù)丁二烯抽提裝置涉及的介質(zhì)特點(diǎn)，對DMF、丁二烯、苯、甲苯、甲苯、二甲苯6種職業(yè)衛(wèi)生因素進(jìn)行分析比對。項(xiàng)目實(shí)施前和實(shí)施后，6種職業(yè)危害因素均未超過國家規(guī)定的職業(yè)接觸限值，但項(xiàng)目實(shí)施后的濃度值均比實(shí)施前低(檢測數(shù)據(jù)比較如表2所示)，體現(xiàn)出項(xiàng)目實(shí)施對環(huán)境改善的效果。

表2 項(xiàng)目實(shí)施前后檢測對比 mg/m3

續(xù)表2

4 結(jié)語

通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)表明，此次將單端面機(jī)械密封改造為串聯(lián)式干氣密封，對減小介質(zhì)泄漏量和降低對環(huán)境的污染是非常有效的。

(1)現(xiàn)場的環(huán)境得到有效的改善，有毒有害物質(zhì)的泄漏量減少，達(dá)到改善工作環(huán)境和保護(hù)周圍大氣環(huán)境的目的。

(2)運(yùn)用串聯(lián)式干氣密封之后，密封失效泄漏故障大幅減少，泵用機(jī)械密封裝置的維修次數(shù)減少，降低了企業(yè)生產(chǎn)成本。

(3)機(jī)泵密封改造成功的經(jīng)驗(yàn)，對丁二烯老區(qū)同類機(jī)泵機(jī)械密封改造具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 孟劍.新型密封技術(shù)在大型煉油企業(yè)中的應(yīng)用[J].石油化工設(shè)備技術(shù)，2009(3)：62-66.

[2] 羅偉.干氣密封的工作原理及應(yīng)用[J].廣州化工，2009(5)：178-181.

[3] 陳先銀.干氣密封在甲醇泵上的應(yīng)用[J].流體機(jī)械，2009(8)：40-42.

[4] 彭瑞芳.干氣密封在丙烷泵上的應(yīng)用[J].石化技術(shù)，2010(3)：14-16.

石油價格暴跌成本優(yōu)勢削弱

“目前，原油價格已經(jīng)下跌至60美元/桶以下，煤制乙二醇較乙烯法乙二醇的成本優(yōu)勢發(fā)生逆轉(zhuǎn)，乙烯法取得了價格競爭優(yōu)勢。國際市場方面，乙二醇價格也屢創(chuàng)新低，從2014年上半年均價7 300元/t，下探至現(xiàn)在的約5 000元/t，跌幅超過30%，刷新6年以來的價格新低。兩面夾擊，直接導(dǎo)致了國內(nèi)煤制乙二醇全行業(yè)瀕臨虧損的邊緣?！眱?nèi)蒙古科技大學(xué)化工學(xué)院院長王亞雄博士如是說。

按照綜合成本測算，煤制乙二醇只有原油價格在80美元/桶以上時才能具有與乙烯法的競爭優(yōu)勢。盡管國內(nèi)的煤制乙二醇項(xiàng)目多以價格較低的褐煤為原料，且項(xiàng)目業(yè)主多是大型煤炭企業(yè)轉(zhuǎn)型，但煤制乙二醇裝置前期投入較大，且技術(shù)并未完全成熟，不能滿負(fù)荷運(yùn)行，設(shè)備折舊費(fèi)用高，削弱了其成本優(yōu)勢。如果市場人士所預(yù)測的近2年內(nèi)油價將徘徊在70～80美元/桶成真，而煤炭價格卻企穩(wěn)回升，那么未來國內(nèi)煤制乙二醇項(xiàng)目的生存和發(fā)展都將遭遇重大挫折。

然而，不少依舊看好其發(fā)展前景的業(yè)內(nèi)人士卻表示樂觀。中國石油蘭州化工研究中心高級工程師徐典宏認(rèn)為：“未來預(yù)期較好的依據(jù)主要是國內(nèi)供應(yīng)缺口大。2015年，我國乙二醇需求量預(yù)計將達(dá)到15 Mt，而兩種工藝路線實(shí)際產(chǎn)量僅為6.6 Mt，缺口8.4 Mt，自給率不足50%。未來幾年，乙二醇對外依存度較高的局面短期內(nèi)很難發(fā)生轉(zhuǎn)變?！?/p>

河南能源化工集團(tuán)有限公司位于洛陽的200 kt/a煤制乙二醇項(xiàng)目現(xiàn)在正進(jìn)行單體試車。該公司負(fù)責(zé)人透露，乙烯法的沖擊的確存在，但從國內(nèi)來看，石腦油路線一體化裝置未來幾年內(nèi)新增產(chǎn)能十分有限，市場投放量不會很大。據(jù)統(tǒng)計，2014—2015年，國內(nèi)乙烯法僅有約1.3 Mt/a乙二醇的裝置投入運(yùn)行，而煤制乙二醇新增產(chǎn)能將達(dá)到4.0 Mt/a，是其3倍之多。同時，國外尤其是中東地區(qū)的乙烯法乙二醇受到運(yùn)費(fèi)及我國關(guān)稅等貿(mào)易政策措施的制約，其進(jìn)入中國的價格未必具有絕對優(yōu)勢。此外，盡管乙二醇價格跳水，乙烯法步步緊逼，但眼下煤制乙二醇仍有500元/t的毛利可圖。長遠(yuǎn)看來，全球經(jīng)濟(jì)滯脹格局必定會扭轉(zhuǎn)，石油價格隨著宏觀經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇攀上80美元/桶、恢復(fù)經(jīng)濟(jì)常態(tài)是大勢所趨，屆時煤制乙二醇可以逐步替代進(jìn)口，迎來黃金發(fā)展期。

(中國石化有機(jī)原料科技情報中心站供稿)

Application of the Tandem Type Dry Gas Seals in Centrifugal Pump

Luo Jinjuan

(OlefinDivision,SINOPECShanghaiPetrochemicalCo.,Ltd. 200540)

Fault of seal leakage frequently happened on dissolvent pump adopting single face mechanical seal during operation, which not only caused frequent maintenance of equipment, but also might jeopardize occupational health due to odor emission. The upgrading transformation of the single face seal adopted specially designed tandem type dry gas seal technology to replace the original single face mechanical seal, which was testified by practical application to be capable of effectively solving the problem of leakage of seal face during the operation of dissolvent pump.

pump, tandem type, dry gas seals, environment

2015-01-26。

羅金娟，女， 1981年出生，2005年畢業(yè)于長春理工大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)，工學(xué)學(xué)士，工程師，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作。

1674-1099 (2015)02-0051-04

TB752+.24

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