尿素裝置擴(kuò)能改造后高壓甲銨泵常見(jiàn)故障原因分析及解決措施

張小偉 李明剛 申金金

摘 要：針對(duì)往復(fù)式高壓甲銨泵在進(jìn)口溫度、組分發(fā)生變化后出現(xiàn)的故障進(jìn)行原因分析，提出解決措施，實(shí)現(xiàn)了高壓甲銨泵及尿素裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：高壓甲銨泵;組合閥;柱塞填料;泄漏

高壓甲銨泵是尿素裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，是在生產(chǎn)中將回收系統(tǒng)回收的一定濃度的甲銨液返回到高壓系統(tǒng)，重新參與合成反應(yīng)的主要設(shè)備。河南晉煤天慶煤化工有限責(zé)任公司原設(shè)計(jì)年產(chǎn)30萬(wàn)噸尿素裝置，采用二氧化碳汽提工藝，將裝置進(jìn)行了系統(tǒng)擴(kuò)能改造，尿素產(chǎn)能提高到年產(chǎn)52萬(wàn)噸尿素，由于擴(kuò)能后的高壓甲銨泵進(jìn)料溫度、壓力、組分發(fā)生改變，高壓甲銨泵在運(yùn)行中頻繁出現(xiàn)故障，嚴(yán)重制約著尿素裝置的穩(wěn)定運(yùn)行，結(jié)合高壓甲銨泵的使用情況，對(duì)常見(jiàn)故障原因進(jìn)行分析，并找到優(yōu)化改進(jìn)措施，實(shí)現(xiàn)了高壓甲銨泵及尿素裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

1 高壓甲銨泵的結(jié)構(gòu)原理及主要性能參數(shù)

1.1結(jié)構(gòu)原理

高壓甲銨泵型號(hào)為3JA-16/16.6-TB，臥式三柱塞容積式往復(fù)泵，該泵由動(dòng)力端和液力端組成，動(dòng)力端由電機(jī)、減速箱、曲軸箱等組成;液力端由組合閥、填料、缸頭、密封水、安全閥等組成。泵液力端的過(guò)流元件采用耐酸不銹鋼制造，泵設(shè)計(jì)為連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)型，由電動(dòng)機(jī)通過(guò)變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻調(diào)速，帶動(dòng)齒輪減速器傳動(dòng)使泵的流量可進(jìn)行無(wú)極調(diào)速。

1.2出廠性能參數(shù)

輸送介質(zhì)：甲銨液，介質(zhì)設(shè)計(jì)溫度：74-80℃;介質(zhì)特性易結(jié)晶;流量Q：14-16m?/h;電動(dòng)機(jī)功率：110kw;設(shè)計(jì)吸入壓力：0.415MPa（G），排除壓力：16.6MPa（G）;缸數(shù)：3;柱塞直徑：92mm，柱塞行程：160mm;容積系數(shù)：≤90%;泵效率：≤83%;泵速：79-90r/min;柱塞采用A4鋼材質(zhì);柱塞填料采用四氟芳綸材質(zhì);組合閥密封墊片采用尼龍材質(zhì)。

2 高壓甲銨泵的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1工藝條件

尿素裝置擴(kuò)能改造后共有5臺(tái)高壓甲銨泵，正常4開(kāi)1備，輸送介質(zhì)溫度：96-99℃，比設(shè)計(jì)溫度升高約20℃;吸入壓力：1.7-1.8MPa（G）;

2.2運(yùn)行狀況

尿素裝置擴(kuò)能增加中壓系統(tǒng)后，高壓甲銨泵進(jìn)料的甲銨液溫度、組分、壓力實(shí)際運(yùn)行參數(shù)發(fā)生很大變化，高壓甲銨泵運(yùn)行頻繁出現(xiàn)故障，運(yùn)行周期只有15-30天，由于產(chǎn)能提高后甲銨泵需開(kāi)四備一，運(yùn)行中甲銨泵頻繁出現(xiàn)故障，給檢修帶來(lái)了很大的工作量，連續(xù)生產(chǎn)安全穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)極大隱患。

3 高壓甲銨泵常見(jiàn)故障及原因分析

高壓甲銨泵運(yùn)行期間，常見(jiàn)故障有泵不打量、打量小、失壓、柱塞填料泄漏嚴(yán)重等，分析其原因如下：

（1）高壓甲銨泵進(jìn)料甲銨液組分影響。甲銨液的氨碳比低，CO2含量偏高，泵易氣化。

（2）柱塞填料耐高溫性、耐腐蝕性、耐磨性不夠。裝置擴(kuò)能后高壓甲銨泵進(jìn)料甲銨液溫度比原設(shè)計(jì)升高20℃左右，四氟芳綸填料與甲銨液接觸易老化變硬失去彈性，同時(shí)填料在柱塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的高溫中發(fā)生形變，致使填料失效泄漏。

（3）組合閥晃動(dòng)。往復(fù)泵的固定壓蓋的螺栓在泵交變應(yīng)力熱膨脹等作用下，經(jīng)常出現(xiàn)微松動(dòng)，在柱塞運(yùn)行中，造成填料箱的微串動(dòng)，組合閥在缸體內(nèi)的微串動(dòng)，以至于填料磨損泄漏，缸內(nèi)磨損出縱向溝槽，密封圈失效高串低等等。

（4）柱塞抗磨性不夠。柱塞在高頻率往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，柱塞表面涂層強(qiáng)度不夠、表面出現(xiàn)劃痕，填料縫隙慢慢變大造成填料泄漏，同時(shí)有缺陷的柱塞還會(huì)加劇對(duì)對(duì)填料的磨損。

（5）組合閥內(nèi)密封墊片耐高溫性、耐腐蝕性不夠。原廠采用尼龍材質(zhì)，在使用中發(fā)現(xiàn)尼龍密封墊片易老化變脆，失去塑性，組合閥與缸體的密封墊密封失效，出現(xiàn)“高竄低”現(xiàn)象，造成高壓甲銨泵打量偏小。

（6）組合閥內(nèi)進(jìn)入雜物。柱塞填料磨損后，導(dǎo)向套、壓環(huán)出現(xiàn)破損，破損后的碎物進(jìn)入組合閥后造成高壓甲銨泵不上量。

4 優(yōu)化改進(jìn)措施

關(guān)小中壓系統(tǒng)加CO2閥，提高回收系統(tǒng)的氨碳比。

填料的材質(zhì)選型進(jìn)行改進(jìn)。通過(guò)對(duì)甲銨液特性和使用時(shí)的填料溫度特性分析，填料需要滿足耐腐蝕性、耐高溫性、緊密性和耐磨性才能保證其使用效果，通過(guò)和多個(gè)廠家溝通配合最后采用由碳纖維內(nèi)部填充石墨粉預(yù)壓成型制成的填料，碳纖維具有好的耐腐蝕性，高溫也不容易變性，填充的石墨材質(zhì)具有良好的密封性和自潤(rùn)滑性。

（3）柱塞的改進(jìn)。通過(guò)多次試驗(yàn)找到了一種可以激光熔覆在柱塞表面的陶瓷類(lèi)材質(zhì)，這種材質(zhì)不僅抗磨抗腐蝕性強(qiáng)，還可以牢固的附著在柱塞表面不脫落。滿足生產(chǎn)的需要，柱塞運(yùn)行300天時(shí)間表面仍十分光亮，使用時(shí)間大大加長(zhǎng)。

（4）對(duì)組合閥密封墊片尼龍材質(zhì)的改進(jìn)。組合閥和填料函的端面密封墊改進(jìn)為改性四氟，組合閥與高壓缸體間的密封墊片改用為PEEK的墊片，在強(qiáng)度、耐高溫、耐腐蝕性、抗老化性上遠(yuǎn)勝尼龍材質(zhì)，完全可滿足生產(chǎn)需要。

（5）改變組合閥壓蓋緊固形式。采用由8片專(zhuān)用蝶形彈簧組成的壓蓋形式對(duì)組合閥壓緊，既保證了組合閥和填料箱的穩(wěn)固性，還有效保證了組合閥在缸體內(nèi)的穩(wěn)定性，避免了對(duì)缸體表面的磨損，大大提高了高壓甲銨泵的運(yùn)行周期，為系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行提供了保障。

5 結(jié)語(yǔ)

往復(fù)式柱塞泵是化工生產(chǎn)企業(yè)常用的一種設(shè)備，河南晉煤天慶煤化工有限責(zé)任公司以高壓甲銨泵為例，結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，指出常見(jiàn)的故障及原因分析，并闡述了優(yōu)化改進(jìn)措施，高壓往復(fù)泵在生產(chǎn)中經(jīng)常出現(xiàn)故障問(wèn)題得到了有效遏制。

參考文獻(xiàn)：

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[2]馬海莉，高壓甲銨泵的穩(wěn)定運(yùn)行技術(shù)改造[J].江西化工，2013（3）：23-25.

作者簡(jiǎn)介：

張小偉（1990.04-），男，漢，山西省高平市，大專(zhuān)，助理工程師，河南晉煤天慶煤化工有限責(zé)任公司，研究方向：設(shè)備管理。

（河南晉煤天慶煤化工有限責(zé)任公司，河南 焦作 454500）