极限高温工况下，这样选垫片才不会泄漏！

“上承油煤，下接橡塑”的苯乙烯装置，你可知道？

苯乙烯“上承油煤，下接橡塑”，是一种重要的石油化工基础有机原料。苯乙烯的直接上游是苯和乙烯，下游比较分散，涉及的主要产品为发泡聚苯乙烯、聚苯乙烯、ABS树脂、合成橡胶、不饱和聚酯树脂以及苯乙烯类共聚物，终端主要应用于塑料和合成橡胶品。

目前世界上苯乙烯生产方法主要包括乙苯脱氢法、环氧丙烷-苯乙烯（PO/SM）联产法和裂解汽油抽提法（C8抽提法）等。其中以乙苯催化脱氢法为主，世界上约有90%的苯乙烯通过该方法进行生产。

乙苯催化脱氢法由美国Dow化学公司首次开发成功，目前典型的生产工艺主要有Fina/Badger工艺、ABB鲁姆斯/UOP工艺以及BASF工艺等。

乙苯催化脱氢反应是强吸热反应，需在高温下向系统供给大量的热以满足反应需要。工业生产中一般控制温度为600-660℃，反应总压略高于常压以克服系统阻力，采用加入水蒸汽的办法来降低原料乙苯在反应混合物中的分压，以达到提高转化率的目的。

乙苯脱氢部分的工艺流程如下图所示，乙苯在水蒸汽存在下催化脱氢生成苯乙烯，是在段间带有蒸汽再热器的两个串联的绝热径向反应器内进行，反应所需热量由来自蒸汽过热炉的过热蒸汽提供。

▲苯乙烯装置典型流程图

在蒸汽过热炉(1)中，水蒸汽在对流段内预热，然后在辐射段的A组管内过热到880℃。此过热蒸汽首先和反应混合物换热，将反应混合物加热到反应温度。然后再去蒸汽过热炉辐射段的B管，被加热到815℃后进入一段脱氢反应器(2)。

过热的水蒸汽和被加热的乙苯在一段反应器的入口处混合，由中心管沿径向进入催化剂床层。混合物经反应器段间再热器被加热到631℃，然后进入二段脱氢反应器。反应器流出物经废热锅炉(4)换热被冷却回收热量，同时分别产生3.14MPa和0.039MPa蒸汽。

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我国苯乙烯产业前景

苯乙烯的下游终端多应用于家电、汽车和建材行业，随着下游产品消费规模的不断扩大，世界苯乙烯生产能力稳步增长。全球苯乙烯消费区域由欧美逐渐向东亚集中，目前我国是全球苯乙烯最大的消费区域。

根据全球苯乙烯产量和消费区域看，我国产不足需，是全球苯乙烯主要进口国家，而北美、东亚是苯乙烯主要出口国家。

十三五期间，我国有序推进国内民营炼化一体化项目，这些大炼化企业大多配套下游苯乙烯装置。随着这些新增产能的迅速投产，近几年我国苯乙烯进口量和进口依存度稳步下降。

粗略估计2019-2021年我国计划新增苯乙烯产能超过600万吨/年，国内上马的装置产能较大，具有成本优势，以下为我国2019-2020年我国部分苯乙烯计划新增产能：

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苯乙烯高温工况下的密封材料选择

苯乙烯的生产工艺是在600-660℃的环境下进行的，提供热源的过热蒸汽温度高达880℃。一般在这样高温操作的装置里，如果垫片材料选择不对，会很容易发生泄漏。因为泄露引起的安全事故、环境污染，以及高昂的维修费用会成为装置顺利运行的最大问题。

目前市场上针对温度大于450℃以上的密封材料选择，通常有：陶瓷纤维、石棉板、石墨、云母、蛭石和硅酸镁基高温密封材料。

石棉板因为含有对人体有害的成分已经被禁止使用；陶瓷纤维耐高温，但是制成密封产品后其密封性能很差未被市场认可；而云母由于其结构天然存在泄露通道，且无法很好的粘合在一起也未被选用为高温密封材料；

石墨在有氧环境下最高使用温度为450℃，即使是抗氧化性石墨，在这样的高温下，其密封性能和使用寿命均不能保证，基于安全的考虑，石墨在高温领域的应用已经逐渐被淘汰。

蛭石是一种层状结构的含镁的水铝硅酸盐次生变质矿物，是天然的吸附剂。蛭石经过膨化后制成高温密封材料膨胀蛭石，由于膨胀蛭石仍具有良好的吸水性，在苯乙烯装置上的使用将存在很大的安全隐患。

以下为蛭石材料高温垫片在蒸汽吹扫后失效的图片。

由于苯乙烯装置工艺物料中需要注入水蒸汽来降低乙苯在反应混合物中的分压，以达到提高转化率的目的。蛭石材料的亲水性会导致高温法兰密封失效，给装置的运行带来巨大的安全隐患。此外，蛭石亲水性的特点也限制其在装置水压测试、蒸汽吹扫等关键准备环节的使用。如果装置现场对蛭石密封材料疏于管理，导致泡水失效，将影响到装置的如期开工，带来巨大的经济损失。

Garlock发明的硅酸镁基密封材料具有良好的高温密封性能和疏水性，是苯乙烯装置最理想的密封材料。

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适用于苯乙烯装置高温工况的硅酸镁基密封材料

Garlock超高温密封材料，采用疏水性的硅酸镁基材质，产品名称为THERMa-PUR® 4122，其最高使用温度可达1000℃。

硅酸镁基矿物是微米级和亚微米级的混合物，制成垫片材料后，最高可含95%~99%的无机高温矿物材料，只含很少的胶粘剂，因此能确保其在454℃以上的热稳定性和密封功能。

硅酸镁基高温材料在专利技术下可以加工成板材，板材可以根据需要切割成平垫片、也可以制作成金属芯层的覆盖材料，制作成齿形垫和波纹垫，或者制作成填充带制成缠绕垫。THERMa-PUR® 4122的实际应用型式见下图。

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THERMa-PUR®4122对苯乙烯装置的价值和优势

专为极端高温研发的超高温密封材料THERMa-PUR® 4122，为苯乙烯装置的平稳运行和持续产出，起到了极为关键的作用，THERMa-PUR® 4122的优点：

• 极端高温– 不仅能够经受住1000℃下的连续性高温工况，而且对1000℃下的热循环工况，密封性能也非常好。

• 抗氧化性能– 采用的专有材料，有更好的抗热失重性能，以下为THERMa-PUR® 4122高温材料和其它材料的热失重对比分析。

• 耐化学性能– 专有的材料配方能够抵抗大多数的化学介质。

• 疏水性– 能够抵抗水的沾染和侵蚀。垫片安装不需要额外的处理和保护，可以胜任水压测试。

• 容易从法兰上拆除– 不会粘结在法兰面上，更容易更快地从法兰面上拆除使用后的垫片，减少维修时间，降低维修成本和损失。

以下是THERMa-PUR® 4122高温垫片与其它高温材料的对比，从高温抗氧化性、热交变工况密封性、疏水性、易于从法兰面移除等方面的详细比较来看，证实了THERMa-PUR® 4122高温垫片是苯乙烯装置最理想的密封材料。

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THERMa-PUR® 4122在苯乙烯装置中的应用

国内一家超大型炼化一体化新建炼厂，配置了国内最大的苯乙烯新建装置，该装置采用Badger工艺包。专利商和业主都希望能找到一种专门的高温密封材料来确保装置在较长周期内可以稳定运行。

由于苯乙烯催化脱氢是强吸热反应，需要高温蒸汽为其持续提供热源，反应温度在600℃以上，高温蒸汽温度高达近900℃。传统的石墨密封材料已经远不能满足工艺需求，需要专门的高温密封来实现管线和反应器的密封。

使用细节和效果如下：

• 反应温度：600-660℃，高温蒸汽近900℃

• 介质: 乙苯、苯乙烯、氢气、水蒸汽

• 压力: 3Bar

GARLOCK THERMa-PUR® 4122高温垫片安装于2019年7月，装置成功开车，在高温有水蒸汽的介质中，提供优异的密封服务。装置平稳运行至今，GARLOCK THERMa-PUR® 4122高温垫片继续发挥卓越的性能。

THERMa-PUR® 4122垫片不仅在苯乙烯装置中表现出卓越的性能，还被广泛应用在其它极限高温工况，如乙烯裂解、丙烷脱氢、连续重整、MTO等装置，此外在热电厂、焚烧炉、固态氧化物燃料电池和发热发电的熔融盐工况中的使用也表现优异，具有很好的高温密封性能和抗氧化性。