尿素高壓氨泵故障處理及操作優(yōu)化

李羅真, 孫豐澤

(海洋石油富島有限公司， 海南東方 572600)

1 概述

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)

海洋石油富島有限公司化肥一期尿素裝置采用斯那姆氨汽提法尿素生產(chǎn)工藝，設(shè)計產(chǎn)能為1 765 t/d。作為尿素裝置重要運轉(zhuǎn)設(shè)備之一，高壓氨泵(P-101A/B)為10級中速離心泵，型號為4×10DDHF/10ST。入口壓力為2.25 MPa,出口壓力為22.35 MPa,轉(zhuǎn)速為7 500 r/min，介質(zhì)為液氨，額定能力為20 m3/h。泵的10級葉輪采用背對背對稱布置，1級進口在驅(qū)動端，6級進口在非驅(qū)動端。非驅(qū)動端設(shè)有平衡活塞，平衡推力較小，軸端密封較容易。泵的缸體分內(nèi)缸和外缸，外缸為筒體式，內(nèi)缸為水平剖分式，雙渦殼結(jié)構(gòu)。安裝或檢修時，內(nèi)缸連同轉(zhuǎn)子一起從非驅(qū)動端放入或抽出。泵的主要組成部分有電機、齒輪箱、泵體、潤滑油系統(tǒng)、密封系統(tǒng)和儀表控制聯(lián)鎖系統(tǒng)[1]。

1.2 工藝流程

合成氨裝置提供的液氨進入尿素裝置的氨儲槽，經(jīng)氨升壓泵將液氨壓力提高至2.5 MPa并送到高壓氨泵進口，經(jīng)高壓氨泵加壓后泵出口壓力達23.0 MPa。主控人員根據(jù)系統(tǒng)負荷，通過高壓氨泵主線調(diào)節(jié)閥(FIC41003)和泵出口副線調(diào)節(jié)閥的調(diào)整，控制進入高壓系統(tǒng)的氨量。高壓氨泵工藝流程見圖1[2]。

V-105—氨儲槽； P-105A/B—氨升壓泵； P-101A/B—高壓氨泵； FIC41003—高壓氨泵主線調(diào)節(jié)閥； FIC41028—P101B副線調(diào)節(jié)閥； FIC41004—P101A副線調(diào)節(jié)閥。

2 故障分析及處理

2.1 P-101B跳車聯(lián)鎖失效

P-101B跳車聯(lián)鎖邏輯共有20個點，任意1個點達到聯(lián)鎖值，P-101B就會跳車。聯(lián)鎖邏輯包括:高壓回路聯(lián)鎖動作；手動停車按鈕(HS41271)；低電流(ISXL41002)低于85A；止推軸承溫度共5個點，任何一點超過95 ℃；驅(qū)動端和非驅(qū)動端密封排放壓力超過0.45 MPa；潤滑油壓低于0.08 MP；軸振動測量共有3個點，任何一點超過95 μm；軸位移超過0.6 mm；電機溫度共有5個點，任何一點超過145 ℃。

2017年12月16日19:03，因外電網(wǎng)晃電造成大面積機泵停運，尿素裝置做緊急停車處理。19:13，現(xiàn)場操作人員發(fā)現(xiàn)P-101B冒煙，立即手動按停P-101B。工藝人員復(fù)盤時,發(fā)現(xiàn)P-101B沒有跳車,但運行潤滑油泵(P-131B)已經(jīng)跳車。正常情況下，一旦P-131B跳車，潤滑油壓力低(PSXL41251B)動作會導(dǎo)致P-132B自啟動。由于晃電，P-132B沒有自啟動，此時潤滑油壓力低聯(lián)鎖(PSXL41253B)測量值為0 MPa(跳車設(shè)定值為小于0.08 MPa),但跳車聯(lián)鎖沒有動作。同時P-101B軸承溫度(TSXH41259B)和軸振動(VSHH41252C)達到跳車值但沒有動作，造成P-101B在沒有潤滑油存在的情況下繼續(xù)運行。

停車后發(fā)現(xiàn)P-101B軸已經(jīng)抱死，解體檢修后發(fā)現(xiàn)軸已經(jīng)嚴重磨損(圖2)，造成較大的經(jīng)濟損失。

圖2 P-101B軸損壞示意圖

事后聯(lián)系電儀人員查找P-101B跳車聯(lián)鎖失效的原因，發(fā)現(xiàn)其電機控制電源回路存在問題。電機控制電源回路示意圖見圖3。

ZB—綜合保護器。

正常情況下，P-101B電機控制電源是由外部電網(wǎng)提供的，一旦外部電網(wǎng)出現(xiàn)意外情況，例如斷電或者晃電，將由事故電池(18節(jié)，12 V)提供控制電源。P-101B電機控制電源工作回路的原理為：220 V的電源使得綜合保護器(ZB)處于工作狀態(tài),外部信號(如現(xiàn)場啟動、跳車聯(lián)鎖)先經(jīng)過ZB向ZB1、ZB2發(fā)出信號，使合閘線圈動作，P-101B電機開始運行；ZB向ZB3、ZB4發(fā)出信號，分別使分閘線圈動作， P-101B電機停止運行。

2.1.1 失效原因

檢查并分析后，判斷P-101B跳車聯(lián)鎖失效的原因有2個。

(1) 當(dāng)天晃電時，事故電池中有一節(jié)12 V電池出現(xiàn)故障，ZB處于失電狀態(tài)，無法向ZB4發(fā)信號，造成分閘線圈無法動作，從而導(dǎo)致了P-101B仍繼續(xù)運行。

(2) 雖然外部電網(wǎng)很快恢復(fù)，ZB處于工作狀態(tài)，但由于P-101B第一跳車信號是PSXL41253B，此時泵的跳車聯(lián)鎖邏輯輸出為0。此信號是時長為5 s的脈沖信號，5 s過后泵的跳車聯(lián)鎖邏輯輸出不再為0,而沒有進行聯(lián)鎖復(fù)位。也就是說此時P-101B跳車聯(lián)鎖邏輯處于失效狀態(tài)，即使TSXH41251和VSHH41252達到了跳車值，ZB卻無法接受到跳車聯(lián)鎖信號，因此無法向ZB4發(fā)信號，造成了P-101B處于繼續(xù)運行狀態(tài)。

2.1.2 處理措施

(1) 電儀人員定期做好事故電池檢查工作，保證事故電池處于完好狀態(tài)。

(2) 聯(lián)系電儀人員修改P-101B聯(lián)鎖跳車信號，把第一跳車脈沖信號時長為5 s改為75 s，保證跳車聯(lián)鎖有足夠的輸出信號時長，避免ZB接受不到信號。

2.2 P-101A/B機械密封排放壓力異常上漲

自2016年11月開始，P-101A/B機械密封排放壓力多次突漲至120 kPa以上，最高達到了200 kPa。當(dāng)機械密封排放壓力達到450 kPa時，會導(dǎo)致高壓氨泵跳車，進而造成尿素裝置全線跳車。

2.2.1 原因分析

工藝人員查看機械密封排放管線，發(fā)現(xiàn)管線未出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象，初步判斷并非機械密封排放量增大導(dǎo)致壓力異常上漲。在線拆除機械密封排放限流孔板，發(fā)現(xiàn)孔板被一種淡黃色結(jié)晶顆粒堵塞，并且整個機械密封排放管線內(nèi)壁均有附著。該淡黃色結(jié)晶質(zhì)地松軟，陽光照射下快速分解消失。由于分析條件限制，無法確認是什么物質(zhì)。2016年，由于合成裝置進行原料氣改造，導(dǎo)致尿素裝置除了使用合成脫碳單元的二氧化碳(CO2)外，還使用了合成預(yù)脫碳單元的CO2。工藝人員對原料CO2進行取樣分析后發(fā)現(xiàn)，從合成裝置預(yù)脫碳單元來的原料CO2存在芳香烴。原料CO2夾帶的芳香烴化合物進入氨系統(tǒng)并在氨儲槽沉積。液氨從氨儲槽底部抽出后，作為機械密封注氨進入高壓氨泵機械密封內(nèi)部，經(jīng)過一段時間的沉積，便出現(xiàn)了結(jié)晶物[3]。

2.2.2 處理措施

(1) 確認并非機械密封排放量增大導(dǎo)致，在此情況下切除機械密封排放壓力高聯(lián)鎖。

(2) 通過現(xiàn)場壓力表根部閥排放,保持壓力穩(wěn)定，防止事故擴大。

(3) 拆除機械密封排放管限流孔板并清除異物。

(4) 進一步拆除整個機械密封排放管線，用脫鹽水沖洗干凈，空氣吹干。

(5) 將機械密封排放壓力高報警值由原來的200 kPa改為60 kPa，以便更好監(jiān)控。

(6) 尿素裝置不再使用合成裝置預(yù)脫碳單元的CO2，只使用合成裝置脫碳單元的CO2。

經(jīng)過以上措施后，高壓氨泵機械密封排放壓力恢復(fù)正常。

3 高壓氨泵操作優(yōu)化

3.1 P-101A/B倒泵方法優(yōu)化

高壓氨泵倒泵采用在線倒泵方式，以P-101A倒P-101B為例[4]進行說明。

原有倒泵方法：

(1) P-101B啟動后，現(xiàn)場人員緩慢打開P-101B出口第二道切斷閥，同時關(guān)閉P-101A出口第二道切斷閥。主控人員緩慢關(guān)小P-101B副線調(diào)節(jié)閥(FIC41028)，緩慢打開P-101A副線調(diào)節(jié)閥(FIC41004)。主控和現(xiàn)場人員調(diào)節(jié)要均勻緩慢并保持同步，以確保P-101A、P-101B電流在正常值，且FIC41003指示相對穩(wěn)定。

(2) P-101B出口第二道切斷閥全開，P-101A出口第二道切斷閥全關(guān)后，主控人員調(diào)節(jié)FIC41028和FIC41003，確保送高壓系統(tǒng)氨量及P-101B電流穩(wěn)定，調(diào)節(jié)FIC41004確保P-101A運行正常。

原有倒泵方法的弊端是主控和現(xiàn)場人員若協(xié)調(diào)不好，會導(dǎo)致P-101A/B和高壓系統(tǒng)送氨量極其不穩(wěn)定。針對這種情況，工藝人員采用新的倒泵方法。

(1) P-101B啟動后，現(xiàn)場與主控人員配合調(diào)整FIC41028，使P-101B泵出口壓力與P-101A泵出口壓力相近，現(xiàn)場人員緩慢全開P-101B泵主線出口第二切斷閥，主控觀察送高壓系統(tǒng)氨量的變化并做微調(diào)整，保持FIC41003不變。

(2) 主控人員確認P-101B泵主線出口第二切斷閥全開后，緩慢交替多次關(guān)小FIC41028和開大FIC41004，此操作過程要穩(wěn)定FIC41003的流量、P-101A/B的電流。當(dāng)FIC41028全關(guān)，主控人員通知現(xiàn)場人員快速關(guān)閉P-101A出口主線第二切斷閥，主控注意并調(diào)整FIC41003流量、P-101A泵電流。

自采用倒泵新方法后，大大降低倒泵的操作難度，保證了裝置的安全穩(wěn)定運行。

3.2 P-101A/B油泵倒泵方法優(yōu)化

高壓氨泵潤滑油系統(tǒng)由油箱、主輔油泵(互為備用)、油冷卻器、油加熱器、油過濾器等組成。其流程為：油箱→油泵→油泵出口處壓力自調(diào)閥(PCV41252A/B)調(diào)壓至0.55 MPa→油冷卻器→油過濾器→油過濾器后壓力自調(diào)閥(PCV41251A/B)調(diào)壓至0.20 MPa→進入各潤滑點。P-101A潤滑油系統(tǒng)見圖4。

高壓氨泵油泵倒泵采用在線倒泵方式，以P-101A油泵P-131A倒P-132A為例進行說明。

原有倒泵方法：啟動P-132A后，待油泵出口壓力穩(wěn)定后，停運P-131A。當(dāng)2臺油泵同時運行時，PCV41252A調(diào)節(jié)滯后，易造成油泵出口壓力高于出口安全閥起跳壓力(0.70 MPa)，從而導(dǎo)致安全閥起跳。

T-131A—油箱; P-131A/P-132A—主輔油泵; S-131A/B—油過濾器; E-131A—油冷器； MP-101A—高壓氨泵電機;PCV41252A—油泵出口處壓力自調(diào)閥;PCV41251A—油過濾器后壓力自調(diào)閥。

對此，工藝人員采用新的倒泵方法：倒泵前，工藝人員逐漸打開PCV41252A副線切斷閥，直到潤滑油總管壓力從0.20 MPa下降至0.18 MPa后，啟動P-132A。待油泵出口壓力穩(wěn)定后，停運P-131A。

4 結(jié)語

通過對高壓氨泵故障的原因進行分析，制定相應(yīng)的處理措施。同時提出高壓氨泵操作優(yōu)化方法，對如何維護好高壓氨泵有一定的指導(dǎo)意義，進一步保證了裝置的安全穩(wěn)定運行。