谢施展

内蒙古大唐国际克旗煤制天然气有限公司 025350

概述：本公司于2009年8月20日获得国家发改委核准，是国家第一个核准建设的大型煤制天然气示范工程。公司设计年产能为40亿立方米，同时副产焦油等副产品。工艺主要采用碎煤加压气化、粗煤气耐硫变换冷却、低温甲醇洗净化、克劳斯硫回收加氨法脱硫、甲烷化合成及废水处理等工艺技术，整体技术安全可靠，工艺科学合理，能源综合利用效率高达55.4%，总体装置匹配达到了国际先进水平。工业废水进行高效处理后得到循环利用，实现废水“零”排放。

问题分析：净化低温甲醇洗装置甲醇循环泵和热再生塔给料泵的机械密封原设计为背对背双端面带压设计（如图一）密封冲洗为PLAN53B带蓄能器的加压系统（如图二）

两泵工艺介质都为富甲醇液，并含有硫化氢（H2S）、一氧化碳、有机硫等伴生杂质。尤其是硫化氢（H2S）危害极大：一方面泄漏后甲醇富液闪蒸出硫化氢对大气造成污染；另一方面可能对操作人员声明造成影响；因此要求机械密封厂家对密封方案选型规范上，机械密封为背对背双端面带压设计（如图一），密封缓冲液压力P2大于P1，使介质无法向大气侧泄漏，真正做到泵内输送介质（含硫化氢富甲醇）无法泄漏到大气侧。其中，图二中PLAN53B带压密封系统是靠蓄能器为机械密封的缓冲液提供稳定可持续的压力保证，减少封液压力的脉动，由于封液压力P2大于含硫化氢甲醇富液介质侧压力P1（如图三），内密封面的液膜由干净的缓冲液（贫甲醇），所以密封的润滑就很充分，延长了密封的使用寿命，同时配有机封罐压力DCS监测，来判断机封运行状况，根据经验，如果机封运行正常，蓄能器内保证机封封液补液周期在25天以上是没有问题的。

与PAN53B相比之下，这种设计（图三）P1压力大于机械密封封液压力P2（微正压），所以，内密封面液膜完全有工艺介质侧产生，其泄漏方向与上面PLAN53B方案会完全改变，一旦发生泄漏工艺介质会到PLAN52方案的机封罐中，甲醇富液及其杂质会与封液一起混合，也将有可能会从外侧密封面泄漏到大气中，不能做到真正意义上的零泄漏。另外，随着泵与机械密封长周期运行，泄漏到机封罐中的含硫化氢富液会不断累积，硫化氢浓度PPM逐渐增大，不仅会腐蚀大气侧机械密封金属部件，也会腐蚀PLAN52系统中的金属部件，因为硫化氢对Fe有较强腐蚀性，产生‘氢脆’应力腐蚀，也会与许多金属离子反应，生成不溶于水或酸的硫化物沉淀。实际生产中硫化氢（H2S）浓度（PPM）的变化和对外侧密封和系统的腐蚀，是没有办法像监测压力、温度一样进行实时监控，会给正常的生产运行管理带来不可控的风险。另外，由于工艺介质会含有一些小颗粒，会随密封端面液膜的动态形成而进入内密封面，对机械密封面造成磨损，影响机械密封的长周期使用。

结论

从理论分析上，机封冲洗方案最好应选用PLAN53B。但在实际生产中，一方面PLAN53B缓冲液特性比较适合为白油，不易气化。现场根据工艺介质情况而采用甲醇，这样就导致密封面液膜气化，产生干摩擦；另一方面前期试车阶段系统介质含有颗粒状杂质，一旦内密封泄漏，将导致颗粒随缓冲液进入密封面，造成机封泄漏；为维持系统稳定运行，我单位机械密封冲洗方案改造成为PLAN52，并取得了一定的效果。

[1]天津大学编《化工原理》天津科技出版社.

[2]清华大学编《机械原理》清华大学出版社.

[3]何玉洁编《机械密封选用手册》机械工业出版社.