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      MTO 裝置泵用密封沖洗方案的選用

      2019-08-27 06:57:40陳慶同
      中國氯堿 2019年7期
      關(guān)鍵詞:隔離液泵送揚(yáng)程

      陳慶同

      (天津大沽化工股份有限公司,天津300455)

      API682 標(biāo)準(zhǔn) (離心泵和轉(zhuǎn)子泵用軸封系統(tǒng))1994 年4 月出版第一版,由于此標(biāo)準(zhǔn)要求的制造使用成本高,多數(shù)用戶僅用于參照;隨著對安全環(huán)保的重視程度的提高,API682 標(biāo)準(zhǔn)第二版在2002 年頒布后,廣泛應(yīng)用于石油、石化、化工行業(yè)的機(jī)械密封中;API682 標(biāo)準(zhǔn)第三版在2004 年頒布,并與ISO標(biāo)準(zhǔn)合并,得到了更大范圍的推廣,在2002 年頒布的第九版API610(石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵)中API682 標(biāo)準(zhǔn)被直接引用[1];API682 標(biāo)準(zhǔn)第四版在2014 年5 月正式發(fā)布,此版API682 標(biāo)準(zhǔn)中融入了大量的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。

      1 API682 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用范圍與密封系統(tǒng)

      1.1 應(yīng)用范圍

      API682 標(biāo)準(zhǔn)適用于石油、天然氣和化工行業(yè)中的離心泵和轉(zhuǎn)子泵的密封系統(tǒng),主要應(yīng)用于危險、易燃或者有毒介質(zhì)的工況以及密封軸徑在20~110 mm的場合。其他泵和壓縮機(jī)、攪拌設(shè)備中的密封不屬于本標(biāo)準(zhǔn)的范圍,但也被其相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)所引用。為了滿足泵的連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)要求,該標(biāo)準(zhǔn)的密封系統(tǒng)要在滿足相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范最大泄漏率要求的情況下,連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)至少3 年(25 000 h)。

      1.2 密封系統(tǒng)

      API682 標(biāo)準(zhǔn)將密封分成3 個系列、3 種型式和3 種布置方式。

      (1)密封系列。API682 將密封分為系列1、系列2 和系列3 個系列的應(yīng)用范圍等見表1。

      表1 密封系列應(yīng)用范圍對比表

      (2)密封形式。API682 將密封分為A 型、B 型和C 型3 種形式,其區(qū)別見表2。

      表2 密封形式對比表

      其中A 型和B 型密封的使用溫度≤176 ℃,C型密封的使用溫度≤400 ℃。低溫工況常采用B 型密封。

      (3)密封布置方式。API682 將密封分為布置方式1、布置方式2 和布置方式3,其區(qū)別見表3。

      表3 密封布置方式對比表

      布置方式2 首選的端面組合方式為 “面對背”組合方式,布置方式3 標(biāo)準(zhǔn)的端面組合方式為“面對背”,這使得密封腔內(nèi)的雜質(zhì)在離心力的作用下會向外甩,對主密封影響小,但是“背對背”和“面對面”端面組合方式更緊湊。

      2 常用密封沖洗方案介紹

      API682-2014 共介紹了32 種密封沖洗方案,以下介紹幾種常用的密封沖洗方案。

      (1)PLAN11:密封沖洗液從泵高壓區(qū)引出,經(jīng)限流孔板獲得沖洗流速后進(jìn)入密封腔。本沖洗方案適用于泵送潔凈介質(zhì)工況,以免堵塞限流孔板。

      (2)PLAN13:密封腔的沖洗液經(jīng)過限流孔板后,返回泵的入口。此方案適用于高揚(yáng)程泵,可避免高揚(yáng)程泵選用PLAN11 方案時,使的孔板直徑很小或者沖洗流速很大。

      (3)PLAN14: 此 方 案 相 當(dāng) 于 PLAN11 和PLAN13 的組合;此沖洗方案在對密封面進(jìn)行冷卻的同時,連續(xù)的給密封腔排氣,示意圖見圖1。

      (4)PLAN21:相當(dāng)于在PLAN11 方案的孔板后增加了一個冷卻器。冷卻器可以降低進(jìn)入密封腔的溫度, 從而提高密封腔的飽和蒸汽壓力裕量。PLAN21 沖洗方案可以采用空氣冷卻,在不能采用水冷的情況下是較好的選擇,而且由于PLAN21 沖洗液來自泵的出口,一般情況下PLAN21 會提供足夠的壓差來提供較好的沖洗流速。

      圖1 沖洗方案14示意圖

      (5)PLAN23:密封腔內(nèi)的沖洗液,通過密封腔內(nèi)的循環(huán)裝置進(jìn)入密封腔外部冷卻器后,再進(jìn)入密封腔。對于PLAN23 沖洗方案,冷卻液的循序僅在密封腔的內(nèi)部,冷卻器僅用來冷卻循環(huán)的那部分沖洗流體, 而不是持續(xù)冷卻泵出口的沖洗流體, 所以與PLAN21 相比更不易堵塞,而且PLAN23 的冷卻器負(fù)荷要小于PLAN21 的冷卻器負(fù)荷,能效較高,示意圖見圖2。

      圖2 沖洗方案23示意圖

      (6)PLAN32:沖洗液是來自外部的潔凈沖洗介質(zhì)。PLAN21 和PLAN23 沖洗方案可能會出現(xiàn)堵塞問題,如果能夠提供外部沖洗液,而且沖洗流體與泵送流體相容,用戶也可以考慮選用PLAN32 沖洗方案。但是PLAN32 會稀釋產(chǎn)品,同時操作費(fèi)用高,能耗高,一般PLAN32 用于泵內(nèi)介質(zhì)含有固體顆粒等雜質(zhì)的情況,不推薦僅僅由于冷卻的需求就采用PLAN32 沖洗方案。

      (7)PLAN52:應(yīng)用在布置方式2 無壓密封的場合,緩沖液壓力要比密封腔壓力低0.28 MPa。抑制密封腔內(nèi)的緩沖液通過抑制密封腔內(nèi)的循環(huán)裝置將緩沖液循環(huán)到外部儲罐,之后緩沖液再回到抑制密封腔。 通過主密封泄露的氣相隨緩沖液到儲罐后,從儲罐的頂端排放至氣體收集系統(tǒng),因此緩沖液壓力接近大氣壓,同時由于主密封的泄露,泵送介質(zhì)會污染緩沖液,需定期對緩沖液系統(tǒng)進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)。當(dāng)主密封泄露后,泵送介質(zhì)會泄漏到緩沖液罐,觸發(fā)緩沖液罐內(nèi)的高液位報警,若泄露速度過快,也會觸發(fā)緩沖罐壓力報警。此方案要求泵送介質(zhì)為潔凈、非聚合性質(zhì)的流體。PLAN52 沖洗方案示意圖見圖3。

      圖3 沖洗方案52示意圖

      (8)PLAN53A/B/C:應(yīng)用在布置方式3 加壓密封的場合。PLAN53A 為隔離液儲罐外部氣體加壓,PLAN53B 為囊式蓄能器加壓,PLAN53C 為活塞式蓄能器加壓, 以下主要介紹PLAN53A 沖洗方案。PLAN53A 沖洗方案是通過外部氣體給隔離液儲罐中的隔離液加壓,使隔離液壓力高于密封腔壓力,壓差至少為0.14 MPa。其隔離液的循環(huán)同PLAN52中緩沖液的循環(huán)。如果泵送介質(zhì)較臟或者易結(jié)晶,該沖洗方案是較好的選擇,但是要保證隔離液與泵送介質(zhì)有較好的相容性, 不會對泵送介質(zhì)造成污染。當(dāng)密封泄漏時,隔離液通過主密封漏向泵內(nèi)或者通過二級密封漏向大氣側(cè),這都會使儲液罐液位降低,觸發(fā)低液位報警。

      (9)PLAN54:應(yīng)用在布置方式3 加壓密封的場合,隔離液由外部隔離液系統(tǒng)提供,隔離液的壓力不能低于密封腔的壓力,否則如果主密封泄漏,泵送介質(zhì)會污染整個外部隔離液系統(tǒng)。PLAN54 沖洗方案用于泵送介質(zhì)溫度較高,或者含有固體顆粒的場合。

      (10)PLAN62:急冷(吹掃)介質(zhì)從外部引入到密封的大氣側(cè),急冷(吹掃)介質(zhì)可以是蒸汽、氮?dú)饣蛘咚?,其作用是去除可能積聚在密封面周圍的有害物質(zhì)。

      (11)PLAN72:應(yīng)用在布置方式2 無壓密封的場合。主密封為接觸式密封,抑制密封為非接觸式密封。抑制密封腔由外部氣源提供緩沖氣。

      (12)PLAN76:應(yīng)用在布置方式2 來排放泄漏到抑制密封腔的不凝氣, 并將泄漏氣排放到指定位置。該方案中配有壓力變送器,來監(jiān)測泄漏氣壓力并實(shí)現(xiàn)報警功能。

      實(shí)際上,在選擇密封沖洗方案時,可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行幾種沖洗方案的組合來達(dá)到想要的密封效果。

      3 MTO 裝置密封沖洗方案選擇實(shí)例

      以下介紹MTO 裝置中幾種典型泵的密封沖洗方案的選型。

      3.1 凝結(jié)水泵

      (1)參數(shù)

      介質(zhì):凝結(jié)水;密度877 kg/m3;流量90 m3/h;揚(yáng)程95 m;泵送溫度147 ℃;入口壓力0.3 MPaG;泵型OH2。

      (2)工藝作用

      將蒸汽凝結(jié)水泵送至除氧器進(jìn)行除氧或者泵送至MTO 裝置區(qū)外。

      (3)沖洗方案

      由于PLAN23 沖洗方案適用于所有的熱水工況,并且PLAN23 是80 ℃及以上的熱水及鍋爐給水工況的標(biāo)準(zhǔn)沖洗方案,相比PLAN21 更節(jié)能,所以蒸汽凝結(jié)水泵選擇PLAN23 沖洗方案。

      3.2 堿液循環(huán)泵

      (1)參數(shù)

      介質(zhì):8%濃度NaOH;密度1 080 kg/m3;流量50 m3/h;揚(yáng)程26 m;泵送溫度42.5 ℃;入口壓力1.0 MPaG;泵型OH2。

      (2)工藝作用

      為堿洗塔堿洗段的堿液循環(huán)提供動力,來洗滌反應(yīng)氣中攜帶的H2S 和CO2,以滿足乙烯產(chǎn)品中的規(guī)格要求。

      (3)沖洗方案

      該泵泵送介質(zhì)為非烴類介質(zhì),潔凈且泵送溫度不大于80 ℃,因此可選擇布置方式1 和PLAN11 沖洗方案;由于主密封組件周圍可能積聚苛性堿,因此選用PLAN62 沖洗方案作為輔助密封系統(tǒng)。綜上,該泵的沖洗方案選為PLAN11+62。

      3.3 脫甲烷塔回流泵

      (1)參數(shù)

      介質(zhì):C1~C3烴;密度561 kg/m3;流量30 m3/h;揚(yáng)程109 m;泵送溫度-37 ℃;入口壓力3.0 MPaG;泵型OH2。

      (2)工藝作用

      把經(jīng)過脫甲烷塔塔頂冷凝下來的,以及經(jīng)過脫甲烷塔排氣冷凝器冷凝下來的脫甲烷塔塔頂凝液打回流,泵送進(jìn)脫甲烷塔塔頂,作為脫甲烷塔的洗液。

      (3)沖洗方案

      由于工藝要求,緩沖液/隔離液不能泄漏到泵中,并考慮到泵送介質(zhì)甲烷不能泄露到大氣中,所以選用PLAN52 沖洗方案。 雖然PLAN62 在附錄G 中描述為: 主要用于單端面密封的輔助系統(tǒng),其目的是去除氧化物,防止結(jié)焦,也用于沖走動密封組件周圍積聚的有害物質(zhì)。 但在7.2.2.1 無壓雙封的NOTE1 中有描述為: 在低溫工況下,可使用急冷(吹掃)來防止結(jié)冰。 由于該泵泵送溫度為-37 ℃, 所以在密封沖洗方案中也選用了PLAN62 來防止結(jié)冰。 綜上,該泵的沖洗方案選為PLAN14+52+62。

      3.4 C2 綠油分液罐底泵

      (1)參數(shù)

      介質(zhì):C2烴;密度444 kg/m3;流量4 m3/h;揚(yáng)程266 m;泵送溫度-31.5 ℃;入口壓力2 MPaG;泵型OH6。

      (2)工藝作用

      將C2綠油分液罐底液泵送到乙烯精餾塔,在乙烯精餾塔塔底中回收洗液中的C2 組分。

      (3)沖洗方案

      雖然該泵為低溫泵,但由于高速泵布置空間的限制,不能選用PLAN62 沖洗方案?;诹⑹奖门艢獾目紤],主密封沖洗方案選擇PLAN14。在附錄A 推薦的機(jī)械密封選擇程序的表7、8、9 中單獨(dú)提到是否為立式泵, 若為立式泵就選擇PLAN13 或PLAN14 沖洗方案,因?yàn)樵诒?、8、9 中針對是否為立式泵注解a 有描述:密封腔是否需要排氣為是否考慮采用PLAN13 的一項(xiàng)參考因素。注解b 中又有描述為:單獨(dú)采用PLAN13 時,若密封腔和泵入口間的壓差不能保證所要求的沖洗流量時, 應(yīng)選擇PLAN14。在附錄G 中PLAN13 和PLAN14 也有相應(yīng)的描述,這也是該泵選擇PLAN14 的原因。綜上,該泵的沖洗方案選為PLAN14+52。

      3.5 混合C4 裝車泵

      (1)參數(shù)

      介質(zhì):混合C4;密度562 kg/m3;流量30 m3/h;揚(yáng)程60 m;泵送溫度40 ℃;入口壓力0.36 MPaG;泵型VS6。

      (2)工藝作用

      將罐區(qū)混合C4儲罐中C4產(chǎn)品泵送到C4裝車鶴位。

      (3)沖洗方案

      由于VS6 為立式泵,主密封的沖洗方案按照上述討論選擇PLAN14 沖洗方案。該泵處于混合罐區(qū),而本項(xiàng)目中混合罐區(qū)不能提供循環(huán)水進(jìn)行密封的冷卻,所以該泵的抑制密封沖洗方案選擇干氣密封PLAN72+76 的型式, 主密封泄漏的氣相通過PLAN76 沖洗方案收集并排放到火炬,當(dāng)主密封大量泄漏時,PLAN76 還有觸發(fā)報警的功能。綜上,該泵的沖洗方案選為PLAN14+72+76。

      3.6 丙烯精餾塔回流泵

      (1)參數(shù)

      介質(zhì):丙烯;密度469 kg/m3;流量1 769 m3/h;揚(yáng)程130 m;泵送溫度45.1 ℃;入口壓力2.42 MPaG;泵型BB2。

      (2)工藝作用

      將丙烯精餾塔塔頂經(jīng)冷凝器冷凝下來的一部分液相,泵送回丙烯精餾塔塔頂,作為丙烯精餾塔的洗液。

      (3)沖洗方案

      由于BB2 泵型的泵密封腔壓力接近入口壓力,不適合選擇PLAN13 沖洗方案,綜合考慮泵送溫度和介質(zhì)較為潔凈,主密封選擇PLAN11 沖洗方案??紤]到緩沖液不能進(jìn)入泵內(nèi),影響丙烯的產(chǎn)品規(guī)格,所以選用無壓密封沖洗方案PLAN52。綜上,該泵的沖洗方案選為PLAN11+52。

      4 結(jié)語

      在安全和環(huán)保重視程度日益提高的當(dāng)下,API682 標(biāo)準(zhǔn)在石油、化工等工業(yè)領(lǐng)域中泵用密封及其輔助系統(tǒng)的設(shè)計、制造和運(yùn)行都有著至關(guān)重要的指導(dǎo)作用。只有掌握了密封形式、分類和沖洗方案及其配置,并結(jié)合泵送介質(zhì)溫度、壓力和特性(易燃易爆、毒性),才能確定針對每個不同工況的密封形式和沖洗方案,保證設(shè)備安全長期運(yùn)行,并符合環(huán)保零泄漏的要求,做到化工裝置設(shè)備本質(zhì)上安全。

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