合成氨裝置脫碳水洗期間泵密封損壞原因分析與對(duì)策

， ，

(中石油塔里木油田塔西南勘探開發(fā)公司煉油化工廠，新疆 澤普 844804)

中石油塔里木油田塔西南勘探開發(fā)公司煉油化工廠合成氨裝置以天然氣為原料，采用美國(guó)凱洛格公司提供的低能耗、加壓催化轉(zhuǎn)化法生產(chǎn)合成氨。其中，脫碳系統(tǒng)主要采用低熱苯菲爾工藝技術(shù)將溶液中的CO2脫除，提純后的CO2供尿素裝置作為原料使用，脫碳系統(tǒng)的異常將直接導(dǎo)致尿素裝置生產(chǎn)波動(dòng)或停工。因此，確保脫碳系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)至關(guān)重要。

1 脫碳系統(tǒng)水洗存在的問題

1.1 脫碳系統(tǒng)開工前水洗簡(jiǎn)介

裝置檢修/長(zhǎng)停后，由于系統(tǒng)中雜質(zhì)的存在，在裝置運(yùn)行期間會(huì)造成脫碳溶液劣化、起泡，造成攔液，影響生產(chǎn)。因此，需在開工前對(duì)脫碳系統(tǒng)進(jìn)行水洗，除去脫碳系統(tǒng)設(shè)備、管道、填料中的雜質(zhì)，保證系統(tǒng)能夠達(dá)到潔凈的要求，為開車做好準(zhǔn)備。

通過CO2再生塔冷凝液泵(116-J/JA)入口補(bǔ)水管線(必要時(shí)使用109-C精制水上水短接)，沖洗再生塔(102-E)，逐步?jīng)_洗上塔、中塔、下塔，確認(rèn)排水濁度≤10FTU，再生塔沖洗結(jié)束。建立再生塔下塔液位，啟動(dòng)貧液泵(108-J/JA)向吸收塔(101-E)進(jìn)水，沖洗吸收塔；確認(rèn)排水濁度≤10FTU，吸收塔沖洗結(jié)束。建立吸收塔蒸槽，半貧液閃蒸槽(132-F)正常液位，啟動(dòng)1臺(tái)半貧液泵(107-JB/C)，建立水循環(huán)；在再生塔(102-E)底部或組合式再沸器(111-C)通入0.35 MPa蒸汽，加熱脫碳系統(tǒng)中的精制水，并將脫碳系統(tǒng)所有設(shè)備流程串連起來進(jìn)行循環(huán)清洗，以提高沖洗效果，確認(rèn)CO2再生塔冷凝液泵(116-J/JA)入口補(bǔ)水和排水口濁度≤10FTU，水熱洗結(jié)束。合成氨裝置脫碳水洗流程見圖1。

圖1 合成氨裝置脫碳水洗流程

注：101-E—吸納塔；102-E—再生塔；111-C/105-C—組合式再沸器；109-C—貧液冷卻器；107-C—CO2再生塔頂冷卻器；132-F—CO2半貧液閃蒸槽；107-JA/B/C/JAHT—半貧液泵；108-J/JA—貧液泵；116-J/JA—CO2再生塔冷凝液泵

1.2 脫碳水洗期間出現(xiàn)的問題

每次脫碳系統(tǒng)水洗過程中及開工初期，貧液泵(108-J/JA)、半貧液泵(107-JB/C)機(jī)械密封均出現(xiàn)多次泄漏，對(duì)后續(xù)生產(chǎn)造成一定影響。

2015年7月1日，107-JA泵西側(cè)機(jī)械密封泄漏；2015年7月16日，107-JB泵機(jī)封漏，更換西側(cè)機(jī)封、軸套；2017年3月20日，脫碳水洗過程中，108-J西側(cè)機(jī)械密封泄漏，平衡鼓卡住，泵解體檢查；2017年3月23日，107-JB東側(cè)機(jī)械密封泄漏，107-JAHT更換東側(cè)機(jī)械密封泄漏。

拆檢發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封腔體雜質(zhì)較多(腐蝕產(chǎn)物、鮑爾環(huán)填料金屬碎渣等)，機(jī)封摩擦副端面磨損，變色。

2 貧液泵機(jī)械密封泄漏原因分析

2.1 貧液泵(108-J/JA)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

108-J/JA是臥式垂直剖分單吸式多級(jí)離心泵，進(jìn)口壓力0.225 MPa(g)，排出壓力2.832 MPa(g)，進(jìn)液溫度120 ℃，額定流量83.3m3/h。軸封采用單端面波紋管式機(jī)械密封，機(jī)械密封沖洗采用API682標(biāo)準(zhǔn)PLAN11+PLAN62方案，PLAN11內(nèi)沖洗水使用泵自身出口的貧液，PLAN62外沖洗(急冷)采用外供精制水。貧液泵機(jī)械密封沖洗流程見圖2。

圖2 貧液泵機(jī)械密封沖洗流程

圖3 計(jì)劃對(duì)貧液泵入口水洗管線進(jìn)行的改造

2.2 貧液泵機(jī)械密封損壞原因分析

(1)脫碳水洗過程中，系統(tǒng)中存在大量雜質(zhì)，雜質(zhì)經(jīng)102-E至108-J/JA泵入口的3″開工沖洗臨時(shí)管線(無(wú)過濾器)，進(jìn)入貧液泵體，由于機(jī)械密封內(nèi)沖洗水使用的是泵出口的溶液，溶液中雜質(zhì)造成機(jī)械密封摩擦副損傷，密封面間的液膜遭到破壞，端面摩擦發(fā)熱密封失效。

(2)泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，由于泵體內(nèi)雜質(zhì)的存在，泵體口環(huán)與輪口環(huán)、平衡鼓與鼓套等配合部位間斷性卡澀，造成泵運(yùn)行期間振動(dòng)增大，對(duì)機(jī)械密封造成影響。

(3)脫碳沖洗過程中液位不穩(wěn)定，泵出口流量變化大，存在抽空情況，導(dǎo)致泵軸向力、振動(dòng)等發(fā)生異常變動(dòng)，造成機(jī)封端面載荷變化，密封面比壓發(fā)生劇烈變化，機(jī)械密封損傷。

2.3 制定的預(yù)防措施

(1)經(jīng)分析，計(jì)劃在脫碳水洗102-E至108-J/JA泵入口的3″開工沖洗臨時(shí)管線上加裝100～120目左右的Y型過濾器及副線(見圖3)，根據(jù)泵運(yùn)行情況及時(shí)進(jìn)行清理，沖洗結(jié)束后拆除。

(2)脫碳沖洗過程中安排專人負(fù)責(zé)，做好運(yùn)行檢查、記錄；同時(shí)利用在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)泵振動(dòng)、軸承溫度情況；根據(jù)液位變化調(diào)整泵出口閥開度，摸索出沖洗階段再生塔液位與泵出口閥開度合適的對(duì)應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)異常及時(shí)調(diào)整或倒泵處理。

3 半貧液泵機(jī)械密封泄漏原因分析

3.1 半貧液泵(107-JA/B/C)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介

半貧液泵是水平剖分式多級(jí)離心臥式泵，進(jìn)口壓力為0.341 MPa(g)，排出壓力為3.628 MPa(g)，進(jìn)口溫度為122 ℃，額定流量為356m3/h，額定功率為419 kW，轉(zhuǎn)速為2 980r/min。軸封采用機(jī)械密封，其沖洗采用API682標(biāo)準(zhǔn)PLAN32+PLAN62方案，PLAN32內(nèi)沖洗水使用108-J/JA出口溶液，經(jīng)限流孔板/流量計(jì)后進(jìn)入機(jī)械密封進(jìn)行沖洗，PLAN62外沖洗(急冷)采用高壓鍋爐給水泵(104-J/JA)中間級(jí)鍋爐水經(jīng)減壓后，和來自174-C的工藝?yán)淠哼M(jìn)行沖洗，半貧液泵機(jī)械密封沖洗流程見圖4。

圖4 半貧液泵機(jī)械密封沖洗流程

注：107-JA/B/C—半貧液泵；108-J/JA—貧液泵；104-J/JA—高壓鍋爐給水泵

3.2 半貧液泵機(jī)械密封損壞原因分析

(1)脫碳水洗是每次開工最先進(jìn)行的操作步驟，這時(shí)104-J/JA和工藝?yán)淠合到y(tǒng)都沒有運(yùn)行，無(wú)法給107-J泵提供機(jī)械密封外沖洗水，在沒有外沖洗水冷卻的情況下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，機(jī)械密封摩擦副端面會(huì)因攪拌熱和摩擦熱溫度升高，在一定程度上破壞了端面的平行度和平面度，使端面產(chǎn)生熱變形，導(dǎo)致泄漏發(fā)生。

(2)由于108-J出口來的內(nèi)沖洗水在開工初期含有一定量的雜質(zhì)，對(duì)107-J泵機(jī)械密封摩擦副造成磨損、損傷；同時(shí)由于雜質(zhì)進(jìn)入，導(dǎo)致彈簧部位卡澀，失去對(duì)機(jī)封動(dòng)環(huán)的補(bǔ)償能力，造成端面泄漏。

3.3 制定的預(yù)防措施

(1)由于精制水系統(tǒng)在脫碳系統(tǒng)水洗前已開始運(yùn)行，在勘查現(xiàn)場(chǎng)后，可將經(jīng)174-C去109-C的精制水管線(4″)或106-C精制水進(jìn)水或回水管線(4″)中引出一根沖洗水管線(1.5″)去107-J泵用作外沖洗水(見圖5)，在脫碳水洗階段提供外沖洗水，保證107-J泵機(jī)械密封有良好的冷卻/沖洗水使用。

圖5 計(jì)劃對(duì)半貧液泵機(jī)械密封沖洗管線進(jìn)行的改造

注：109-C—貧液冷水器；107-JA/B/C—半貧液泵；108-J/JA—貧液泵；174-C—冷凝液冷卻器；104-J/JA—高壓鍋爐給水泵

(2)102-E至108-J/JA泵入口的3″開工沖洗臨時(shí)管線上加裝Y型過濾器的改造實(shí)施后，可有效避免脫碳水洗階段雜質(zhì)進(jìn)入107-J機(jī)械密封造成的機(jī)械密封端面損傷泄漏。

(3)脫碳系統(tǒng)水洗完成后，待104-J/JA開車供水或工藝?yán)淠浩崴到y(tǒng)正常運(yùn)行后，再切換到174-C工藝?yán)淠和鉀_洗或高壓鍋爐水進(jìn)行機(jī)械密封外沖洗，改造的管線安裝盲板隔離，避免精制水、鍋爐水以及工藝?yán)淠褐g互竄。

4 結(jié)語(yǔ)

(1)對(duì)脫碳開工水洗期間貧液泵、半貧液泵機(jī)械密封長(zhǎng)期存在的損壞問題進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)裝置對(duì)開工水洗過程可能存在的風(fēng)險(xiǎn)識(shí)別不足，重視不夠；需要在脫碳水洗期間加強(qiáng)管理，設(shè)備的運(yùn)行狀況隨時(shí)有人跟蹤，設(shè)備異常能及時(shí)發(fā)現(xiàn)、及時(shí)處理。

(2)通過分析，找出了脫碳水洗期間機(jī)械密封損壞的原因，制定了對(duì)策，在后續(xù)實(shí)施中有效避免了脫碳系統(tǒng)開工水洗階段機(jī)械密封的損壞，減少備件使用，節(jié)約成本，降低作業(yè)人員工作量，減少高危作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)。

[1]郝木明.機(jī)械密封技術(shù)及應(yīng)用(第二版)[M].北京：中國(guó)石化出版社，2014.

[2]API682，離心泵、轉(zhuǎn)子泵用的軸封系統(tǒng)[S].

[3]任曉善.化工機(jī)械維修手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2004.