羰基合成反应器搅拌器机械密封系统升级策略

羰基合成反应器搅拌器机械密封系统升级策略

吕文学 尹璇

大庆石化分公司化工二厂丁辛醇造气车间，黑龙江 大庆 163714

摘要：羰基合成反应器是丁辛醇装置的核心反应部分，反应器内部装有搅拌器，搅拌器运行的良好是反应效率保证的重要设备，本文对搅拌器机封失效的原因进行分析，对搅拌器机封机构和冲洗方式进行合理性的设计，操作上进行改进，取得了搅拌器机封国产化的成功。

关键词：搅拌器；机封；PLAN54；冲洗；双端面

1 前 言

丁辛醇装置以丙烯、合成气为原料，采用Davy/DOW低压羰基合成工艺技术生产辛醇和正丁醇，同时副产品异丁醇，丁辛醇产品是合成精细化工产品的重要原料。

丁辛醇装置使用的羰基合成反应器搅拌器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，机械密封采用PLAN53A 冲洗系统。从2012年9月装置开工到2015年3月，羰基合成搅拌器机械密封多次失效。丁辛醇装置频繁进行停、开工。三台搅拌器机械密封损坏20余次，最短运行周期仅1天。

2.失效原因分析

（1）密封圈材质选择不佳。福斯机械密封原装密封介质侧为杜邦全氟醚Kalrez胶圈，但设计与介质不直接接触的部位，胶圈采用均为氟橡胶，氟橡胶不耐醛，装置开停工阶段，一旦出现封液压力低于反应釜压力现象，致使釜内含醛气相窜入密封腔，醛对氟橡胶产生腐蚀，使其膨胀、硬化逐渐失去密封作用，最终导致大气侧机械密封泄漏，机械密封无法维持运行。

（2）该密封适用于正、反压，摩擦副依靠外置Plan53A系统内封液润滑，机械密封运转过程产生的热量及釜内传热均由机械密封内置冷却盘管内冷却水换热，但由于内置盘管5mm，过于细小，长周期运转会由于冷却水水质原因堵塞，在夏季密封腔内封液温度较高，冬季密封腔内封液较低，不适于密封稳定运行以致机械密封失效。

（3）密封油压差波动较大搅拌器机械密封为双端面机械密封，采用Plan53A冲洗方案，密封罐压力源采用造气装置高压氮气，高压氮气入罐前设有自力式减压阀.高压氮气自造气氮压机至丁辛醇氮气缓冲罐，高压氮气共计供给7台设备，容易造成高压氮气压力波动，加之造气氮压机为间隙启动，导致密封油罐外来压力源压力频繁波动，机械密封本身不消耗外压气源，更加剧了压差波动。频繁的压差波动，对非完全平衡型机械密封胶圈施加交变载荷，胶圈反复压缩、解压，致使胶圈疲劳损伤，寿命降低。

（4）热虹吸冷却效果差搅拌器机械密封为双端面机械密封，采用Plan53A冲洗方案，封液为10#工业白油，利用热虹吸原理循环进行冷却，密封液与冷却液为独立使用的两套系统，密封液利用热虹吸效应极缓慢的进行循环，无法实现动静环微量磨损后密封表面的冲洗，易在密封腔内聚集磨损杂质，损坏密封面，为保证冷却液盘管空间，相对造成动静环径向尺寸减少，动静环强度及承受搅拌轴径向摆动的能力降低等现象。

机械密封内转子上设有泵效环促进封液循环。实际应用冷却效果较差，机械密封不稳定运行期间，多次出现机械密封腔外壁温度达75℃以上，摩擦副长期在高温情况下运行，促进胶圈老化甚至碳化。

3.机械密封改造

（1）机械密封结构形式重新设计。

针对介质工况周期性、复杂性及气候环境等诸多因素，首先确定机械密封采用Plan54冲洗方案，因此机械密封选用双端面、平衡型；结构上进行优化，主要将原平衡型机械密封改为完全平衡型，依据机械密封平衡系数K值及机械密封运行载荷，将其设计为完全平衡型机械密封，完全平衡型机械密封受机械密封内外压差影响较小，降低因封液压力不稳，导致胶圈疲劳、机械密封泄漏等现象出现。由于反应釜运转速度较高，机械密封设计选用多弹簧、静止式；为了保证机械密封运行过程中安全、可靠且可承受正、反压，密封环选用镶装式设计；提升大气侧胶圈材质，将机械密封内部存在可能接触介质的胶圈，全部采用杜邦全氟醚Kalrez胶圈，杜绝因生产波动造成封液内窜料后，影响机械密封运行。为方便现场对机械密封拆装、更换，机械密封采用集装式设计。

（2）密封液冷却润滑形式进行改造

主管路系统配备压力开关报警控制及流阀来防止系统过载；采用独立的隔离液系统，完全按照API标准PLAN54方案设计、制造，配备压力、温度、液位报警、可直连DCS，目的是给密封提供更加可靠、安全的运行及监测环境；通过API标准 PLAN54方案的隔离液的泄漏量和压力表可以准确、及时监控机械密封的泄漏情况。

4.操作上改进

（1）对羰基合成搅拌器机械密封密封腔温度，机械密封轴承温度，羰基合成搅拌器齿轮箱的位移、振速、温度。巡检一天特护4次，检查是否有超温现象。密切观察机械密封的现场运行情况。

（2）羰基合成放搅拌器机械密封辅助系统参数主操每2个小时一记录，随时检查械密封辅助系统的运行状况。

（3）每日记录羰基合成放搅拌器机械密封辅助系统的上回油累计流量，通过每日上回油流量总量来进行跟踪监测。

（4）恶劣环境运行时，冬季外界气温最低温度能够达到-30℃，夏季外界气温最高温度能够达到35℃，根据密封油温度进行油箱电加热器加热，冷却器切断阀开度调节，保证机械密封密封腔温度在20-30℃之间，保持O型圈最好的弹性和工作性能。

（5）每次装置大检修时，检查、测量轴套与搅拌轴，轴套与衬套、衬套与轴承座的配合间隙。检查、测量搅拌轴的各部径向跳动、搅拌轴直线度。检查、测量底部轴承座安装平面的度，搅拌轴与底部轴承座安装平面的垂直度、同心度。检查搅拌轴、浆叶、轴承支架等部件的腐蚀、磨损、松动情况。拆卸机械密封，检查、测量机械密封安装平面法兰的平面度，搅拌轴与机械密封安装平面法兰的垂直度，减速箱输出轴端的搅拌轴径向跳动。解体减速箱，检查齿轮、轴承的磨损情况，复查各部配合间隙。保证以上各部间隙、跳动、平面度均在指标范围内，防止由于轴摆情况造成机械密封的损坏。

5.应用效果

（1） 创装置开工以来2016年检修期间，完成机械密封机构优化、Plan54冲洗方案实施、控制系统调试等工作，目前丁辛醇羰基合成3 台搅拌釜均采用 Plan54 冲洗方案。Plan54能给机械密封最佳的运行环境，同时结合机械密封结构，最大程度降低封液压力对机械密封运行环境的影响，使机械密封腔内温度能够长期稳定在较小的范围内，能够迅速带走机械密封产生的热能，同时将机械密封腔内的微小固体颗粒携带至油过滤器滤出，能够持久保持机械密封腔内油品品质及油温。羰基合成3台搅拌器机械密封运行平稳，各项指标、参数均在指标范围内小幅度波动。该次改造升级，取得明显的效果，已经达到预期的改造效果。

（2）实现羰基合成搅拌器机械密封国产化。大连华阳密封有限公司首次机械密封的试用，取得丁辛醇装置羰基合成搅拌器最长运行周期的好成绩，充分证明了羰基合成搅拌器机械密封国产化的成功及研发攻关方向的正确。

6. 结语

羰基合成搅拌器国产化机械密封实现长周期运行17个月，充分证明了国内厂家有能力研发、设计、制造双端面集装式机械密封。同时也证明了PLAN54系统的合理性、成功性。PLAN54 系统的配置及合理监控不仅可以确保系统本身的可靠，而且可以以较低的成本最大保证密封的可靠、长周期运转，为密封良好运转提供最佳运行环境，国内有类似搅拌器机械密封使用寿命短的问题，该次改进措施有一定的通用性，在搅拌器生产使用过程中，具有重要的参考和推广应用价值。

参考文献

1. 高压加氢反应釜机械密封辅助系统可靠性研究_魏文亮

2. 第三版API682标准冲洗方案Plan53解析_何启亮