尿素高壓氨泵運(yùn)行中的故障及處理措施

張進(jìn)榮，李小燕，范天祥

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

我國自20 世紀(jì)70 年代引進(jìn)的大型氮肥裝置，專利技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)均受制于國外，為了研發(fā)我國自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的國產(chǎn)化大化肥工藝技術(shù)，2009 年中國石油啟動(dòng)45/80 國產(chǎn)大化肥項(xiàng)目重大科研專項(xiàng)開發(fā)，研發(fā)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的合成氨、尿素工藝包，并建設(shè)了中國石油寧夏石化公司第三套化肥裝置，合成氨裝置生產(chǎn)能力1 500 t/d，尿素裝置生產(chǎn)能力2 640 t/d，全部關(guān)鍵設(shè)備實(shí)現(xiàn)國產(chǎn)化。其中尿素裝置高壓氨泵是首臺(tái)國產(chǎn)化高速高壓多級(jí)離心式高壓氨泵，其作用為合成送來的液氨，通過高壓氨泵從2.5 MPa 加壓到17.9 MPa，注入高壓噴射器，然后進(jìn)入高壓甲銨冷凝器頂部。泵的主要性能參數(shù)（見表1）。

該泵主泵外缸采用徑向剖分，內(nèi)缸采用水平剖分的形式，有10 級(jí)葉輪，對(duì)稱分布，采用滑動(dòng)軸承。配套油站和水站，水站主要是給機(jī)封供密封水。本文將對(duì)其試車運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題歸納總結(jié)，分析探討，給出有效的處理措施。

1 原因分析

1.1 驅(qū)動(dòng)端振值高聯(lián)鎖跳車

1.1.1 泵汽化引起的振值高聯(lián)鎖 引起驅(qū)動(dòng)端振值高的原因有很多，本文主要分析解決工藝介質(zhì)引起的原因，氨泵設(shè)計(jì)液氨的入口溫度在15 ℃～35 ℃，一般溫度都會(huì)控制在20 ℃左右，在開車過程中，啟動(dòng)氨泵用的入口緩沖罐的是常溫液氨，后續(xù)的液氨是由合成冷凍送過來的液氨，如果合成冷凍送過來的液氨沒有進(jìn)行加熱，液氨溫度會(huì)在-15 ℃左右，低溫液氨遇見常溫液氨混合進(jìn)入氨泵的瞬間，汽化嚴(yán)重，造成振值高聯(lián)鎖跳車。

1.1.2 泵體內(nèi)進(jìn)入鐵銹雜質(zhì)引起的振值高聯(lián)鎖 高壓氨泵冬季停車，入口緩沖罐里積存液氨，入口閥關(guān)閉，泵體內(nèi)液氨排空并氮?dú)庵脫Q，來年開春組織裝置開車，啟泵前引氨合格，啟動(dòng)泵時(shí)，驅(qū)動(dòng)端振值高報(bào)，4 min 后緊接著高聯(lián)鎖停車。主要原因是氨泵入口管線為低溫碳鋼管線，冬季停車后仍然有鐵銹，引氨時(shí)鐵銹進(jìn)入泵體內(nèi)，因泵體內(nèi)轉(zhuǎn)子與定子間的間隙非常小，原設(shè)計(jì)最大在0.40 mm，啟泵時(shí)造成泵驅(qū)動(dòng)端振值高聯(lián)鎖跳車。

表1 高壓甲銨離心泵主要性能參數(shù)

1.2 推力瓦副瓦溫度偏高

高壓氨泵第一次檢修回裝完試車，運(yùn)行30 min，推力瓦副瓦溫度持續(xù)上升達(dá)87 ℃，停車檢查確認(rèn)，副瓦有接觸，工作竄量正常，再次起泵試車，推力瓦副瓦溫度仍然偏高，持續(xù)上升。

1.3 徑向瓦溫度偏高

高壓氨泵第一次原始試車，泵運(yùn)行工況平穩(wěn)，各振值、位移均較低，其他軸承溫度都在67 ℃左右，但自由端徑向瓦溫度較高85 ℃，拆檢自由端軸承箱，徑向瓦塊有磨出的紋路，未見雜質(zhì)。起泵前潤滑油樣已經(jīng)進(jìn)行了化驗(yàn)分析，各指標(biāo)均在合格范圍內(nèi)。

1.4 機(jī)封密封水帶液氨

高壓氨泵備用泵密封水壓力調(diào)試合格，密封水泵出口壓力2.7 MPa，引氨合格，但在備用過程中突然密封水帶氨，不斷增大，造成密封水槽憋壓，最終密封水槽內(nèi)積存大量液氨。

2 處理措施

2.1 汽化引起的驅(qū)動(dòng)端振值高聯(lián)鎖跳車的處理措施

對(duì)于合成冷凍系統(tǒng)送往尿素界區(qū)的液氨（設(shè)計(jì)溫度15 ℃～35 ℃），在開車啟動(dòng)前明確提出工藝指標(biāo)要求，如果液氨溫度不在指標(biāo)范圍內(nèi)，應(yīng)推遲啟動(dòng)氨泵，嚴(yán)格按設(shè)計(jì)工藝指標(biāo)輸送液氨，再啟動(dòng)高壓氨泵。在高壓氨泵正常運(yùn)行過程中，更應(yīng)該時(shí)刻監(jiān)控入口液氨溫度，不能超出設(shè)計(jì)范圍，以防止泵汽化造成燒損。另外，高壓氨泵啟動(dòng)前入口壓力須滿足22.0 MPa～25.0 MPa，低于22.0 MPa 啟動(dòng)時(shí)也會(huì)發(fā)生汽化，造成振值高聯(lián)鎖跳車。

圖1 泵外缸喉部襯套A 抱死情況

2.2 泵內(nèi)進(jìn)入鐵銹雜質(zhì)引起的振值高聯(lián)鎖的處理措施

高壓氨泵最初為了考慮效率和運(yùn)行穩(wěn)定性，對(duì)于轉(zhuǎn)子與定子的間隙給的都非常小，但現(xiàn)場運(yùn)行時(shí)工藝介質(zhì)并不是非常干凈，很容易因介質(zhì)夾帶雜質(zhì)造成泵燒損。分析對(duì)比以后，將軸與喉部襯套A 之間的間隙由0.40 mm 放大到0.70 mm，將軸與喉部襯套B 之間的間隙由0.35 mm 放大到0.65 mm，葉輪口環(huán)間隙由0.35 mm 放大到0.55 mm，以防止此處因雜質(zhì)出現(xiàn)抱死的情況（見圖1、圖2）。同時(shí)應(yīng)保證，軸與中間襯套的間隙最大不能超過0.45 mm，軸與平衡軸套的間隙不能超過0.48 mm，否則會(huì)引起軸向力大小和方向發(fā)生變化，造成泵不能穩(wěn)定運(yùn)行。

2.3 推力瓦副瓦溫度偏高的處理措施

推力瓦正常運(yùn)行工作竄量在0.25 mm～0.35 mm 范圍內(nèi)，正常運(yùn)行副瓦不會(huì)與推力盤接觸，推力瓦副瓦溫度高，排除數(shù)據(jù)誤指示和潤滑油的因素，就只有泵缸體內(nèi)部有密封不嚴(yán)泄漏，轉(zhuǎn)子軸向力方向發(fā)生了變化，有以下幾個(gè)點(diǎn)需要檢查確認(rèn)：（1）泵入口壓力是否在22.0 MPa～25.0 MPa，壓力偏低會(huì)引起泵軸向力向副推力瓦方向增大；（2）中間襯套的間隙要求在0.38 mm～0.42 mm，如果偏大，會(huì)影響軸向力向副瓦方向增大；（3）平衡軸套的間隙要求在0.38 mm～0.45 mm，且平衡軸套外徑，外徑尺寸變化會(huì)影響軸向力，外徑尺寸偏大軸向力向主推力瓦方向增大，外徑尺寸偏小軸向力向副推力瓦方向增大；（4）泵大蓋與內(nèi)殼體襯套之間的O形圈是否完好，若此處密封失效，軸向力會(huì)向副推力瓦增大；（5）內(nèi)缸端面的鋼包墊壓縮量是否達(dá)到1 mm～1.5 mm，若壓縮量偏小，會(huì)造成泵出口向入口泄漏，泵內(nèi)部打循環(huán)，軸向力會(huì)波動(dòng)。

圖2 泵軸與喉部襯套A 抱死情況

圖3 潤滑油管線內(nèi)焊口夾渣嚴(yán)重

2.4 徑向瓦溫度偏高的處理措施

徑向瓦溫度偏高，應(yīng)檢查轉(zhuǎn)子半抬量是否在0.24 mm～0.28 mm 范圍內(nèi)，檢查徑向瓦工作間隙是否在0.10 mm～0.15 mm，紅丹檢查徑向瓦與軸的接觸情況，接觸面是否在75 %以上，用壓鉛絲法檢查徑向瓦背預(yù)緊力過盈0.03 mm 以內(nèi)，是否過大。如果以上數(shù)據(jù)不在范圍內(nèi)，需進(jìn)一步拆檢維修。檢查確認(rèn)潤滑油分析指標(biāo)是否合格，潤滑油管路所有焊口是否去毛刺、氬弧焊打底，是否經(jīng)過嚴(yán)格的酸洗。在試車過程中出現(xiàn)過部分潤滑油管路沒有嚴(yán)格的去毛刺、氬弧焊打底（見圖3），沒有酸洗造成徑向瓦溫度偏高，瓦面有磨出的紋路。檢查軸承箱體內(nèi)油路是否有堵塞，是否有內(nèi)漏，檢修過程中發(fā)現(xiàn)因鑄造缺陷，軸承箱體內(nèi)鑄造油路有內(nèi)漏的情況（見圖4），進(jìn)入徑向瓦的潤滑油壓和油量都會(huì)減小，極難發(fā)現(xiàn)。

2.5 機(jī)械密封密封水帶氨的處理措施

圖4 軸承座油路有內(nèi)漏缺陷

氨泵主泵機(jī)械密封水系統(tǒng)建立以后，密封水泵出口壓力調(diào)至2.65 MPa～2.75 MPa，打開泵體機(jī)械密封內(nèi)漏檢查確認(rèn)管線是否有水排出，如果此時(shí)有水，則可判定機(jī)械密封向泵體內(nèi)漏水，必要時(shí)更換機(jī)械密封。如果內(nèi)漏管線檢查沒有水排出，則機(jī)械密封完好。此時(shí)主泵體可以引氨。引氨合格以后，需注意控制密封水槽液位，密封水管路漏點(diǎn)，保持密封水泵出口壓力穩(wěn)定，如果密封水泵出口壓力低于2.5 MPa，機(jī)械密封就有可能往密封水側(cè)漏液氨。一旦密封水帶液氨，應(yīng)立即關(guān)閉主泵進(jìn)、口閥門及平衡管線閥門（如果是運(yùn)行泵，應(yīng)立即倒泵，然后再進(jìn)行排氨），將主泵切出、排氨。并將密封水系統(tǒng)打排放處理，置換干凈后重新建立密封水系統(tǒng)，重新進(jìn)行主泵引氨工作。

3 結(jié)語

國產(chǎn)化大化肥尿素裝置的國產(chǎn)化高壓氨泵，前期試車運(yùn)行中雖然故障率較高，但經(jīng)過積極組織分析原因，不斷的探索改進(jìn)，現(xiàn)階段已經(jīng)改進(jìn)、消除了諸多影響高壓氨泵穩(wěn)定運(yùn)行的因素，既提高了高壓氨泵的檢修運(yùn)行周期，又保障了裝置的穩(wěn)定進(jìn)行，為國產(chǎn)化大化肥裝置關(guān)鍵設(shè)備的國產(chǎn)化推廣，做出了巨大的貢獻(xiàn)。