天然氣凈化裝置半貧液泵長周期運行技術(shù)探討

潘向東 韓榮學(xué) 王林松

（中國石油西南油氣田公司川東北作業(yè)分公司）

隨著社會的不斷進步和工業(yè)的持續(xù)發(fā)展，能源需求與日俱增，如何解決能源問題成為全世界關(guān)注的焦點。 在四川盆地具有豐富的天然氣資源，根據(jù)我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略和環(huán)境保護國策的要求，高含硫天然氣清潔開采和凈化成為我國能源開發(fā)的主導(dǎo)方向之一［1］。近年來，在川東北地區(qū)下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組（T1f）儲層中發(fā)現(xiàn)高含硫化氫天然氣［2］，已發(fā)現(xiàn)了普光、羅家寨、渡口河及鐵山坡等高含硫化氫氣田，這些氣藏中硫化氫含量多占氣體組分的10%～15%［3］，其中普光和渡口河氣田硫化氫含量最高， 平均占氣體組分的16%左右，羅家寨和鐵山坡氣田硫化氫含量分別平均占各自氣體組分的12%和14%左右［4］。 硫化氫是一種有毒氣體，危害人體健康，能使多種催化劑中毒失活，并且是造成酸雨的主要原因之一；天然氣中酸性氣體的存在還會對管線、設(shè)備和儀表造成腐蝕。 商用和民用天然氣對硫化氫含量有嚴(yán)格的限制要求。 因此，作為天然氣凈化工藝的“龍頭”，脫硫脫碳工藝研究和改進得到了廣泛關(guān)注［5］。脫酸方法總體上可歸結(jié)為溶劑吸收法、膜分離法和變壓吸附法3 類，其中溶劑吸收法常用的有醇胺法、熱鉀堿法及砜胺法等［6］。半貧液砜胺溶液泵是天然氣砜胺法脫硫凈化裝置的核心轉(zhuǎn)動設(shè)備，但半貧液砜胺溶液泵投入使用后故障頻發(fā)且檢修難度大、修理費用高、檢修周期和進口備件采購周期較長， 嚴(yán)重影響了裝置的長周期運行。

1 半貧液砜胺溶液泵簡況

半貧液砜胺溶液泵 （簡稱半貧液泵或半貧泵）為SCOT 尾氣處理單元半貧溶液循環(huán)泵，主要工作流程是將SCOT 吸收塔產(chǎn)生的半貧溶液輸送至脫硫單元吸收塔。 某作業(yè)區(qū)凈化廠3 列裝置每列設(shè)計使用2 臺（一用一備） 半貧液泵， 共計6臺。 每列裝置A 泵為電機驅(qū)動、B 泵為蒸汽透平驅(qū)動，一般情況下電機泵為常備泵。

2 設(shè)備使用現(xiàn)狀

目前，半貧液泵（含電機驅(qū)動和透平驅(qū)動）共計6 臺，一套備件轉(zhuǎn)子（含主軸、葉輪及口環(huán)等）作為檢修備用， 截至2019 年11 月19 日裝置現(xiàn)場在用半貧液泵5 臺，外委檢修轉(zhuǎn)子3 套，其使用情況如下：

a. 1 列，P-070902-1A 運行正常；P-070902-1B機泵拆除，內(nèi)部轉(zhuǎn)子部件整體外委檢修中，現(xiàn)場透平裝置解體檢修中。

b. 2 列，P-070902-2A 目前外方正在進行管道、聯(lián)軸器對中和管道清洗，P-070902-2A 泵正常停機后， 完好備機中；P-070902-2B 機泵拆除，內(nèi)部轉(zhuǎn)子部件整體外委檢修后，現(xiàn)場透平泵運行正常。

c. 3 列，P-070902-3A 運行正常；P-070902-3B運行正常。

除上述1 列、2 列透平驅(qū)動泵轉(zhuǎn)子整體部件外委維修外，作為備件的1 套轉(zhuǎn)子也在維修檢查中。需要特別說明的是：裝置現(xiàn)有半貧液泵機泵6臺，單獨備用的轉(zhuǎn)子1 套，合計7 套轉(zhuǎn)子。 因電機驅(qū)動泵和蒸汽透平驅(qū)動泵機泵型號完全一致，內(nèi)部轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)一致，因此可以互換使用。 通常外方在外委檢修過程中只是將內(nèi)部轉(zhuǎn)子外送，而機殼部分并未外送（也存在泵殼整體外委的情況），所以其內(nèi)部轉(zhuǎn)子與具體機泵位號并非完全一一對應(yīng)。

2.1 檢修情況

近3 年半來，由于外方檢維修優(yōu)良作業(yè)流程與中石油現(xiàn)有機泵檢修流程存在差異，且目前處于移交過渡階段， 檢修過程主要由外方主導(dǎo)，同時外方并沒有對相關(guān)檢修過程資料的收集提出具體的規(guī)范和要求，因此過往的檢修記錄也存在缺失或者不完整等情況，歷史檢修數(shù)據(jù)和外委檢修情況只能依托JDE（工單系統(tǒng)）和ARIBA 來統(tǒng)計，總的說來檢修比較頻繁（表1）。

表1 半貧液泵檢修情況

2.2 外委檢修程序

由于泵殼、 轉(zhuǎn)子及口環(huán)等受損零部件多、損壞嚴(yán)重，因此需要外送檢修。每次外送檢修需要6個月以上，配件采購在計劃下達后還需要6 個月以上。 外委維修過程一般遵循的流程為：發(fā)現(xiàn)問題后，受裝置現(xiàn)場檢修環(huán)境制約，外方通常將機泵整體拆卸， 轉(zhuǎn)運至檢修工房進行解體檢查，如果發(fā)現(xiàn)損壞較嚴(yán)重、 現(xiàn)有承包商不具備維修條件，外方會將受損轉(zhuǎn)子送至泵廠家進行系統(tǒng)拆檢分析，檢查完成后，廠家會向維護部反饋目前存在的問題，并對需要更換的零部件報價，經(jīng)ARIBA 系統(tǒng)建立采購申請定單，最終完成批復(fù)、檢修和返廠。 目前外委的3 套轉(zhuǎn)子中的1 套待國外配件到貨后完成組裝，預(yù)計9 月初返廠；1 套處于報價審批階段；1 套處于檢查階段，暫未反饋檢查結(jié)果。

2.3 2019 年檢修情況

設(shè)備檢修費用較高，每臺次送外檢修費用在200 萬人民幣左右；2019 年送外檢修5 臺次，總費用超過1 000 萬人民幣。

2019 年1 月28 日夜班， 操作團隊多次啟動P-070902-1A 未果，啟泵后出口無壓力，在最后一次啟泵時電機電流過載跳車。29 日解體后發(fā)現(xiàn)泵殼、轉(zhuǎn)子受損嚴(yán)重，外方將泵殼、轉(zhuǎn)子一并送至鄭州SPX 公司外委檢修，4 月殼體檢修完成后返廠與現(xiàn)場備用轉(zhuǎn)子組裝后回裝P-070902-1A， 并試運恢復(fù)正常，同時受損轉(zhuǎn)子目前正處于維修組裝狀態(tài)，據(jù)廠家反饋預(yù)計9 月初返廠。

大修期間外方要求對1 列、2 列裝置蒸汽透平驅(qū)動機泵轉(zhuǎn)子進行檢查，7 月10 日，P-070902-1B 解體清洗檢查后未發(fā)現(xiàn)異常，外方要求組裝恢復(fù)后暫未回裝至現(xiàn)場， 作為機動備泵使用；P-070902-2B 解體清洗后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子故障， 節(jié)流襯套組件被“咬死”，無法拆除，只能上車床破壞性拆除，由于維護部沒有做動平衡試驗的設(shè)備，已于8月10 日將轉(zhuǎn)子送往鄭州SPX 公司進行外委檢修，目前該套轉(zhuǎn)子的維修PR 訂單處于審批狀態(tài)，檢修時間預(yù)計6～8 個月。

8 月24 日，P-070902-1A 投行過程中出現(xiàn)聯(lián)鎖跳車，解體后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子中部密封套和襯套磨損嚴(yán)重， 外方要求外送SPX 公司做進一步檢查，同時將7 月份裝好的備用泵回裝至P-070902-1A，試車運行后恢復(fù)正常。 受損轉(zhuǎn)子目前在廠家檢查中，暫未任何反饋信息。

3 原因分析

半貧液泵每次的檢維修或者外委維修，都嚴(yán)格遵循外方的作業(yè)流程，試運行前都具備合格運行條件，具備投運條件后再啟泵試車，并且保證運行各項參數(shù)正常后現(xiàn)場人員才會交付作業(yè)團隊； 同時由于該泵是國際知名公司的進口泵，本身質(zhì)量好，加工和裝配精度高，泵的葉輪口環(huán)與泵體口環(huán)間隙和泵內(nèi)各節(jié)流套組件間隙較小，半貧液介質(zhì)填充在間隙間能起到很好的潤滑作用；但系統(tǒng)介質(zhì)特別臟是造成泵故障率高的根本原因［7］，一是以前裝置大修沒有徹底進行清洗，二是在泵前進口管路中一旦有硬度高、顆粒大的雜質(zhì)進入泵體各部分間隙內(nèi)產(chǎn)生異常摩擦，容易導(dǎo)致表面發(fā)熱、磨損（圖1）甚至“咬死”，大幅縮短設(shè)備使用壽命。 該設(shè)備每次解體檢修和對該泵進、出口管道拆下清洗均能發(fā)現(xiàn)大量雜質(zhì)，說明其運行工況極差。

圖1 軸套磨損情況

半貧液泵通常的啟動流程為［8］：首先進行回流運行，待各項運行參數(shù)正常后再切換到出口管線。 在回流和出口管路上分別設(shè)置兩個聯(lián)鎖閥YV-0994、YV-0993，而YV 閥動作只有全開、全關(guān)兩種狀態(tài)，考慮到該泵的循環(huán)流量較大（額定流量為212m3/h）， 如果切換操作不能平穩(wěn)緩慢進行，容易造成回流和出口流量波動過大，可能造成瞬時抽空、出口無壓力等情況，從而容易導(dǎo)致機泵轉(zhuǎn)子磨損。

該泵檢修后其出口、回流管路會存在大量氣體，啟泵前應(yīng)對該部分進行充分排氣，否則會導(dǎo)致泵壓力波動大、泵振動大，甚至出現(xiàn)干摩擦、導(dǎo)致配件損壞的情況。 2019 年開產(chǎn)對該泵投運前，維護部外方動設(shè)備專員與凈化廠員工一同對第3列裝置半貧液泵的排氣情況特別是回流管路進行檢查確認，啟運一次成功，到目前為止，振動測試狀況良好，各方面參數(shù)正常。

4 建議措施

結(jié)合設(shè)備的檢修情況和故障原因分析，提出改進建議措施如下：

a. 控制溶液雜質(zhì)［9］。 改進生產(chǎn)系統(tǒng)，從根本上消除雜質(zhì)的產(chǎn)生或者置換變質(zhì)污染的溶液；徹底清洗塔、罐及管線等系統(tǒng)；加入分散劑，分解溶液內(nèi)的固定雜質(zhì)。

b. 改進過濾系統(tǒng)［10］。泵入口增設(shè)過濾精度滿足泵對介質(zhì)清潔度要求的獨立過濾器（兩個過濾器可互相切換）； 同時增設(shè)入口過濾器壓差變送器，在DCS 設(shè)報警監(jiān)控。

c. 增設(shè)回流閥［11］。 原系統(tǒng)只有兩個全開和全閉的YV 閥， 因此對出口和回流管線上增設(shè)三通機械自動回流閥，啟泵后自動回流；打開出口閥后回流緩慢切換至出口管線，減少流量波動。

d. 加強投運前檢查。 加強工藝管路流程（吸收塔液位、閥門開關(guān)狀態(tài)等）檢查；嚴(yán)格按照優(yōu)良的啟停機操作程序操作。

e. 定期切換，備機保護。 建議每個月對備機進行倒車或?qū)嵨锪显囓?，對停機備機、入口管線及過濾器等進行清洗置換；采用脫鹽水或者清潔貧液對備機進行保護。

f. 充分排氣。 啟泵前對泵和入口管路進行充分排氣，避免泵內(nèi)介質(zhì)未充滿導(dǎo)致滑動軸承形成干摩擦、泵轉(zhuǎn)子振動使動靜零部件直接接觸的情況。

5 結(jié)束語

半貧液砜胺溶液泵投入使用后故障頻繁、檢修難度大、修理費用高、檢修周期和進口備件采購周期較長，是亟需解決的技術(shù)難題。 從設(shè)備技術(shù)狀況、工藝系統(tǒng)、操作運行及設(shè)備管理等多方面尋找制約半貧液泵長周期運行的瓶頸問題，并采取了一系列的技術(shù)措施，半貧液砜胺溶液泵在過去一年的運行中僅有一次解體檢修，故障頻率已經(jīng)有所降低； 同時穩(wěn)定運行周期也大幅提高，達到了提質(zhì)增效的目的，為天然氣凈化裝置安穩(wěn)長滿優(yōu)運行奠定了堅實的基礎(chǔ)，希望可以為同類裝置半貧液砜胺溶液泵長周期運行帶來一定的幫助。