濕法制酸工藝中熔鹽泵的故障分析

張慶亮，王 鑫

（山西潞安煤基清潔能源有限責任公司，山西 長治 046200）

1 概述

熔鹽是化工生產(chǎn)中常見的無機熱載體，具有較好的熱穩(wěn)定性和流動性、無腐蝕性、比熱容大、換熱效率高、不燃不爆等特點，所以廣泛應用于化工生產(chǎn)中。潞安煤基清潔能源有限責任公司硫回收裝置采用奧地利P&P 公司SOP 濕法制酸工藝生產(chǎn)濃硫酸。該工藝采用三元熔鹽為熱載體，吸收轉(zhuǎn)化工序的反應熱用于預熱工藝氣，實現(xiàn)余熱利用，節(jié)能降耗。三元熔鹽是由硝酸鉀（KNO3），亞硝酸鈉（NaNO2）和硝酸鈉（NaNO3）按53∶40∶7 比例配制而成，平均分子量89.2，熔點142℃，150℃時密度1 976 kg/m3，熔鹽具有較好的熱穩(wěn)定性和流動性，且有無腐蝕性、比熱容大、換熱效率高、不燃等特點，是高溫能量傳遞的首選介質(zhì)。

熔鹽系統(tǒng)的穩(wěn)定是SOP 濕法制酸裝置運行的必要條件。使用過程中，熔鹽系統(tǒng)出現(xiàn)過熔鹽閥失靈、換熱器堵塞、管道泄漏、熔鹽泵振動大、熔點升高等問題。技術(shù)人員采取一系列措施解決了問題，保證了SOP 濕法制酸裝置平穩(wěn)運行。

2 熔鹽泵性能參數(shù)

制造廠：江蘇雙達泵閥集團有限公司，結(jié)構(gòu)形式：立式液下離心泵，型號：SLG80-200，溫度：240℃，出口壓力：0.75 MPa，額定揚程：40 m，使用介質(zhì)：熔鹽，泵軸材料：雙相不銹鋼2205，額定功率：45 kW，額定轉(zhuǎn)速：2 950 r/min。

3 熔鹽泵結(jié)構(gòu)

SLG 型高溫液下泵(熔鹽泵)是立式泵，主要由泵體、泵蓋、葉輪、泵軸、接管、出液管、軸承體、電機架、軸承座、底座、聯(lián)軸器、立式電機等組成，結(jié)構(gòu)如圖1所示。泵底座以下稱之液下部分，安裝時被插入熔鹽罐（槽）中，泵體、葉輪、泵蓋都浸在液面之下，泵運轉(zhuǎn)時葉輪就能把溶鹽抽送出去。軸承體內(nèi)裝有兩個滾動軸承，由稀油冷卻潤滑，稀油通過一個特殊結(jié)構(gòu)循環(huán)經(jīng)過軸承回到油室內(nèi)，軸承體內(nèi)設有冷卻夾套，以降低潤滑油和軸承的溫度。軸承體下面的軸承座設有冷卻夾套，以阻止液下部分的熱量向軸承體傳導。由于這樣雙重冷卻保證了泵在高溫下正常工作。

圖1 熔鹽泵結(jié)構(gòu)（單位：mm）

4 存在的問題

2020 年3 月30 日制酸單元熔鹽泵P461B 泵運行出現(xiàn)異響，對泵軸承轉(zhuǎn)動聲音檢查無異常，對泵軸承箱油位檢查正常，檢查泵填料壓蓋螺栓有松動現(xiàn)象，隨即對填料壓蓋進行緊固檢查，緊固過程中螺栓從填料函中松脫，填料壓蓋脫落，停泵后對泵進行盤車正常，且盤車較為平順，考慮到泵填料起密封作用，結(jié)合前期問題處理經(jīng)驗，懷疑故障原因為填料壓蓋與軸套碰撞摩擦問題，對填料壓蓋進行拆除并進行5%頻率啟動，觀察運轉(zhuǎn)存在轉(zhuǎn)動阻滯現(xiàn)象，異響依然存在，隨即進行拆檢。

2021 年7 月28 日熔鹽泵B 泵軸承處運行過程中存在摩擦聲，對泵振值測量發(fā)現(xiàn)振幅存在間斷上漲趨勢（振幅1.9 mm/s～44.9 mm/s）隨即軸承箱出現(xiàn)冒煙、軸承箱溫度上漲現(xiàn)象（冒煙前溫度44.2 ℃，冒煙后每秒上漲0.1 ℃/s），泵出口遠傳壓力表壓力指示開始下降，檢查泵發(fā)現(xiàn)泵聯(lián)軸器仍處于轉(zhuǎn)動狀態(tài)，填料函與軸承箱處軸不轉(zhuǎn)動，判斷為泵軸在軸承箱處發(fā)生斷裂，制酸反應器催化劑床層超溫，制酸裝置緊急停車。同類泵參數(shù)及故障拆檢情況對比，如表1所示

表1 同類泵參數(shù)及故障拆檢情況對比

針對同類故障問題我們也詢問了采用類似系統(tǒng)的陽煤太化新材料，盤錦等廠的熔鹽泵運行情況，在陽煤太化熔鹽系統(tǒng)投用初期因濟南華威泵選型無泵體伴熱，曾出現(xiàn)過葉輪脫落問題，更換泵后，運行暫未暴露出太多問題，經(jīng)網(wǎng)上查找資料發(fā)現(xiàn)，類比其他廠檢修拆卸情況，熔鹽泵中間襯套及軸套磨損問題是制約熔鹽泵穩(wěn)定運行的關(guān)鍵因素。

5 原因分析

對比分析發(fā)現(xiàn)，我廠熔鹽泵與桂林水泵廠的故障類似，結(jié)合昆明電纜股份有限公司對于高溫熔鹽泵運行中出現(xiàn)的問題分析：導致熔鹽泵軸套磨損嚴重，滑動軸承軸承壽命太短的主要原因為軸不對中或?qū)χ胁涣肌⑻盍咸o引起過度摩擦致泵振動、潤滑液體中含有未知的腐蝕性物質(zhì)或雜質(zhì)等。熔鹽泵P461A 更換新泵前運行數(shù)據(jù)表，如第244 頁表2 所示。

表2 熔鹽泵P461A 更換新泵前運行數(shù)據(jù)表

5.1 不對中或?qū)χ胁涣?/h3>

分析原因：熔鹽泵軸徑向定位的兩個軸承座分別設計在中筒和底筒上，造成安裝中筒、底筒和熔鹽泵軸時對三者的同軸度要求非常高，使三者的加工精度、定位精度和裝配精度要求都很高，加之熔鹽泵軸屬于細長軸，任何一個環(huán)節(jié)不到位，都易造成泵軸彎曲，進而導致泵的異常損壞。

解決措施：將熔鹽泵軸徑向定位的兩個軸承座，從原來的中筒和底筒上改為都設在底筒上，以降低加工精度、定位精度和裝配精度要求。

5.2 過度摩擦導致泵震動大

分析原因：滑動軸承材質(zhì)選取問題；填料緊固過緊。

解決措施：根據(jù)熔鹽泵軸的轉(zhuǎn)速，摩擦副的摩擦因素，以及滑動軸承的高溫工作環(huán)境和工作介質(zhì)，滑動軸承的材料選用球墨鑄鐵。針對滑動軸承材料改造已與廠家進行技術(shù)溝通，廠家技術(shù)人員將就中間軸、襯套進行嘗試改造；在確保不漏介質(zhì)的情況下根據(jù)運行情況調(diào)整填料壓緊度。

5.3 滑動軸承潤滑不到位（介質(zhì)沖洗潤滑）

分析原因：熔鹽中有雜質(zhì)導致潤滑輸送管堵塞；滑動軸承潤滑輸送管不通暢。

解決措施：對熔鹽介質(zhì)定期分析熔點；加大熔鹽泵體伴熱，確保泵體溫度，防止?jié)櫥斔凸軙惩ā?/p>

6 新改熔鹽泵運行效果

針對以上問題與設備廠家對熔鹽泵P461 泵體進行了改造，更換后運行數(shù)據(jù)，如第244 頁表3 所示。改造項目如下：

表3 熔鹽泵P461 更換新泵后運行數(shù)據(jù)表

1）泵軸整體加粗；

2）中間襯套及下部襯套材質(zhì)改為硬質(zhì)合金，增強耐磨性；

3）冷卻水管及蒸汽伴熱管都相應加粗，增大介質(zhì)流量；

4）增大了軸承箱容積，軸承箱內(nèi)冷卻水改為雙管路，同時給潤滑油及泵軸進行冷卻；

5）對泵體下部襯套及夾套伴熱管進行了優(yōu)化；

熔鹽泵P461A 更換新泵前運行數(shù)據(jù)表：

6.1 電機振值

徑向最高達到7.3 mm/s，徑向平均振值3.4 mm/s，軸向平均振值3.8 mm/s；

6.2 泵體振值

徑向振值最高達到3.1 mm/s，徑向平均振值1.9 mm/s，軸向平均振值1.5 mm/s。

熔鹽泵P461A 更換新泵運行測量數(shù)據(jù)表：

6.3 電機振值

徑向振值最高達到5.2 mm/s，徑向平均振值2.5 mm/s，軸向平均振值1.2 mm/s；

泵體振值：

徑向振值最高達到2.3 mm/s，徑向平均振值1.2 mm/s，軸向平均振值1.4 mm/s。

改造后對泵電機、軸承箱及填料函溫度監(jiān)測均在正常范圍內(nèi)，振動明顯比改造更換前降低，提高了泵的持續(xù)穩(wěn)定運行能力，證明本次熔鹽泵P461 改造更換較為成功，達到了預期要求。

7 結(jié)語

熔鹽泵是SOP 濕法制酸運行中的關(guān)鍵設備，一旦損壞將會使整個硫回收裝置停車，而硫回收裝置全面停車會造成一周時間經(jīng)濟損失，但更重要的是酸性氣無法處理直接排放大氣，造成環(huán)境污染。所以要特別重視熔鹽泵日常維護保養(yǎng)，要對可能發(fā)生的問題提前做好應急處置措施，在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，更好的服務生產(chǎn)。