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(yùn)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(xiàng)目的精甲醇儲(chǔ)罐，CO源自深冷分離裝置。進(jìn)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?jǐn)?shù)99.9%的產(chǎn)品乙酸。

按設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)，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(jìn)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(shí)使用，流量控制在500 kg/h左右，沖洗時(shí)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(jī)械密封的沖洗是控制溫度、延長機(jī)械密封使用壽命的最有效措施。乙酸裝置動(dòng)靜設(shè)備機(jī)械密封沖洗的主要作用是利用溫度較低的沖洗酸及時(shí)帶走摩擦熱，防止動(dòng)靜環(huán)以及彈簧中出現(xiàn)催化劑沉淀，及時(shí)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(shí)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(jī)泵內(nèi)油品變質(zhì)，影響機(jī)泵運(yùn)行；立式高速泵入口物料組分波動(dòng)，容易出現(xiàn)氣蝕現(xiàn)象，造成出口流量波動(dòng)較大；因機(jī)械原因，造成機(jī)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(dòng)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(dòng)，會(huì)造成整個(gè)沖洗酸系統(tǒng)的波動(dòng)，從而影響乙酸裝置機(jī)泵的穩(wěn)定運(yùn)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(jī)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(shí)，通過對(duì)機(jī)泵集裝機(jī)械密封的拆檢，發(fā)現(xiàn)動(dòng)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(dòng)靜環(huán)磨損嚴(yán)重，機(jī)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(jī)械密封出現(xiàn)外漏，不但會(huì)造成機(jī)泵基座被腐蝕，而且外排的含催化劑的乙酸物料會(huì)進(jìn)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(jìn)入。沖洗流程為外部來的溫度較低的工藝介質(zhì)直接進(jìn)入密封腔，對(duì)密封端面進(jìn)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(xiàng)目的實(shí)施從高壓和低壓沖洗酸用戶2個(gè)方面進(jìn)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(shí)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(duì)各機(jī)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(shí)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(biāo)準(zhǔn)《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(xiàng)目實(shí)施完成后，鑒于乙酸冰點(diǎn)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(shí)不會(huì)出現(xiàn)結(jié)凍情況；同時(shí)，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(diǎn)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(diǎn)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(dú)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(yùn)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(yùn)行。

(2) 高低壓沖洗酸用戶對(duì)沖洗酸參數(shù)要求與原沖洗酸系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(shí)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(dòng)較大而造成機(jī)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(jī)封動(dòng)靜環(huán)、油封動(dòng)靜環(huán)、高速軸、低速軸軸承、擋油環(huán)等，每次檢修費(fèi)用在5 000元左右，檢修耗時(shí)6 h。技改項(xiàng)目實(shí)施后，沖洗酸泵被完全取代，節(jié)省了設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)以及備件費(fèi)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(jìn)行節(jié)流控制壓力，時(shí)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(yùn)整個(gè)沖洗酸系統(tǒng)進(jìn)行檢修處理；由于乙酸的強(qiáng)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(fèi)用約1 000元，耗時(shí)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(diǎn)，使用方便。

(5) 技改項(xiàng)目實(shí)施后，沖洗酸用戶通過定期檢查，特別是通過對(duì)機(jī)泵機(jī)械密封的定期拆檢，發(fā)現(xiàn)機(jī)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(jī)械密封的使用壽命；同時(shí)，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(yùn)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。