液氨充裝泵打壓低原因分析及技改處理

胡澤君，周紹倫，陳海清，劉昌良

(重慶建峰化工股份有限公司化肥分公司， 重慶 408601)

1 概述

重慶建峰化工股份有限公司第一套化肥裝置年產(chǎn)30萬t噸合成氨和52萬t噸尿素。其合成氨裝置采用美國布朗工藝。3臺液氨充裝泵(200P03A/B/C)是合成氨裝置充裝系統(tǒng)的重要設(shè)備之一，液氨充裝壓力為0.8～1.0 MPa，槽車充裝背壓約為0.5 MPa。進口液氨分別自氨球罐進出口管線引至3臺液氨充裝泵入口，液氨加壓到0.8～1.0 MPa后送到充氨站，通過充裝卸臂對槽車充裝液氨，以便為客戶提供原料，再通過裝卸臂氣相管線送到氨壓縮機(100C3)或二化火炬進行排放(圖1)。

100C3—氨壓縮機；200P03A/B/C—液氨充裝泵；X200A/B/C—充裝臂；200V01—事故儲槽；100E54—氨冷凝器；100E46—低位淬冷器；HV2002—氨球罐出口調(diào)節(jié)閥；HV2003—氨球入口調(diào)節(jié)閥。

充裝管線上設(shè)有卸載回流管線，將槽車中的液氨通過液氨充裝泵打回氨球罐及事故槽(200VD1)中。

200VD1為臨時液氨儲存裝置，安全閥(PSV2001C)設(shè)定啟跳壓力為1.6 MPa。為避免設(shè)備超壓，其出口返回100C3入口。槽內(nèi)存儲的液氨可通過來自氨冷凝器 (100E54)的氣氨對槽內(nèi)液氨加壓后返回液氨充裝泵入口。

該泵為單級、單吸懸臂式標(biāo)準(zhǔn)離心泵，其中與輸送介質(zhì)接觸部件材質(zhì)為CF8M。200P03C主要由葉輪、泵軸、軸承、聯(lián)軸器、泵蓋、泵體、機械密封、進出口管道組成，設(shè)備結(jié)構(gòu)見圖2。200P03C設(shè)計能力為34.3 m3/h(設(shè)計條件下介質(zhì)密度為583 kg/m3)。充裝泵的型號為PRE50-201N，軸材質(zhì)為U45N，性能參數(shù)見表1。

1—軸承殼； 4—軸承蓋； 5—軸承蓋； 10—節(jié)流襯圈； 30—油塞； 51—泵體； 55—葉輪； 58—葉輪螺母； 59—軸； 67—泵體磨損環(huán)； 68—后磨損環(huán)； 70—葉輪前磨損環(huán)； 71—葉輪后磨損環(huán)； 76—肩圈； 83—后泵蓋； 92—軸承鎖緊螺母； 192—油杯； 192A—油位視鏡； R1—前軸承； R2/R3—后軸承； S3—止退墊圈； C1—孔用卡簧； J1/J12—墊圈； T1/T2/T4/T10/T14—“O”型圈； IS1—迷宮密封擋液環(huán)； IS2—迷宮密封擋液環(huán)。

表1 充裝泵主要性能參數(shù)表

2 問題的產(chǎn)生

2018年8月28日，200P03C運行中出現(xiàn)出口打壓低、壓力降低(由1.0 MPa降至0.7 MPa)現(xiàn)象，同時振動較大，繼而引發(fā)氨供應(yīng)不足，對液氨充裝影響較大。如果不及時處理，振動加劇，極易引發(fā)斷軸事故，甚至造成液氨噴出，嚴(yán)重威脅人身安全。工藝人員緊急停泵，泄壓并進行氮氣置換,合格后交付檢修人員，對200P03C進行檢修并查找故障所在。

3 打壓低的原因分析

3.1 液氨泵葉輪直徑校核

(1)

式中：ns為比轉(zhuǎn)速；H為泵的揚程，m；n為葉輪轉(zhuǎn)速，r/min；Q為體積流量，m3/s[1]。

由表1可知：H為52.5 m，n為2 970 r/min，Q為34.3 m3/h，則ns的結(jié)果如下：

(2)

式中：Dj為葉輪進口直徑，m；Ko為系數(shù)，取值范圍為4.0～4.5，兼顧效率和汽蝕，取4.5。由此得出如下結(jié)果：

66 (mm)

(3)

式中：D2為葉輪外徑，m；K為修正系數(shù)(比轉(zhuǎn)速小于60 r/min時，應(yīng)乘以修正系數(shù)K)，從表中查得K為1.03；KD2為系數(shù)。

依據(jù)計算，液氨泵葉輪直徑校核顯示，此葉輪直徑小于209 mm，滿足設(shè)計要求。

3.2 液氨泵入口流量低或出口壓力表損壞故障

導(dǎo)致液氨泵入口流量低的可能原因是氨球罐(200TK01A/B)液位低或入口管線堵塞?，F(xiàn)場氨球罐頂部液位計和主控液位監(jiān)控均顯示氨球罐液位無異常情況，排除液位低的可能。隨即拆卸檢查200P03C 入口過濾器，并未發(fā)現(xiàn)較大異物堵塞過濾器，清洗后回裝。停泵后聯(lián)系儀表人員更換泵出口壓力表，試運時出口壓力仍為0.7 MPa，排除液氨泵入口流量低或泵出口壓力表損壞因素。

3.3 電機缺相轉(zhuǎn)速過低

一般情況下液氨泵電機轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，即使過載，泵轉(zhuǎn)速也不會立即發(fā)生變化。運行過程中電氣人員發(fā)現(xiàn)200P03C電機電流、運行聲音均無異常，排除電機轉(zhuǎn)速過低因素。

3.4 葉輪損壞或堵塞

為進一步查找原因，檢修人員解體充裝泵，將泵頭拆除后未發(fā)現(xiàn)葉輪損壞或堵塞，葉輪未見松動，回裝后進行試泵。同一入口管線200P03A、200P03B打壓達到1.0 MPa，滿足充裝要求；200P03C 出口壓力只有0.7 MPa，未達到設(shè)計要求。為查明3臺泵打壓不一致的原因，解體200P03A、200P03C，將兩泵的機頭對調(diào)，回裝后再次試泵打壓結(jié)果仍與原來一致，說明打壓不穩(wěn)與泵本身無關(guān)。

3.5 管線堵塞

檢修人員同時吹掃檢查進口管線，排除了因進口管線堵塞異物阻礙液氨吸入的可能性。

3.6 管線布局不合理

3臺液氨充壓泵共用1根吸入管線，200P03C入口管線因位置受限只能跨過200V01。液氨充裝管線長時間受陽光炙烤，管內(nèi)液氨閃蒸成氣氨，而“∏”型管線高達5 m(見圖3)，其中氣氨受離心力作用沉積在頂部不能及時被液氨泵打出，阻礙液氨流動，造成泵夾氣，進一步導(dǎo)致吸入流量不夠，故而液氨泵打壓低。

圖3 200P03C入口管線圖

經(jīng)過層層分析，由于200P03C入口管線設(shè)計布局不合理，加之高溫環(huán)境下，液氨閃蒸的氣氨過量夾在泵中，導(dǎo)致液氨泵出口壓力低。

4 處理措施

4.1 改造思路

通過上述分析可知，若直接將高達5 m處“∏”型管線改為直管段，勢必需要移動現(xiàn)有設(shè)備，工作量極大，且設(shè)備安裝時間較長，極不劃算；同時，仍然與200P03A/B同用入口管線，可能出現(xiàn)搶流量的情況。為此，需增加入口充裝輔線。經(jīng)實地查看，考慮從出口管線靠近200TK01B處另引一根管線至200P03C入口，關(guān)閉200TK01A/B之間的連通閥，由200TK01A向200P03A/B供氨，200TK01B向200P03C供氨，避免3臺泵相互搶流量。新增入口管線，關(guān)閉“∏”型管線。改造流程見圖4。

100C3—氨壓縮機；200P03A/B/C—液氨充裝泵；X200A/B/C—充裝臂；200V01—事故儲槽；100E54—氨冷凝器；100E46—低位淬冷器；HV2002—氨球罐出口調(diào)節(jié)閥；HV2003—氨球罐入口調(diào)節(jié)閥。

4.2 技改管線焊接及安全設(shè)施配備

基建人員在離200TK01B出口管線最近位置處開穿墻孔，孔徑為300 mm。采用304材質(zhì)的6″STD BW 90°彎頭、6″STD BW三通、6″150#RF閘閥及無縫管(見圖5)。根據(jù)現(xiàn)場尺寸進行預(yù)制200P03C入口管線[2]，焊口采用φ2 mm H0Cr21Ni10焊絲進行氬弧焊打底，用φ2 mm焊條A102進行手工電焊蓋面，管線離地面600 mm[3],按規(guī)范制作管道支架并焊接牢固。檢測人員將預(yù)制好的管線焊縫進行X射線探傷，合格后進行封口保護。待工藝人員將液氨充裝管線泄壓置換合格后，依照三通尺寸用砂輪割去原管線管段，清理管線內(nèi)外異物。用25 t吊車將預(yù)制管線吊至安裝位置，按焊接規(guī)范打磨焊接坡口(圖6)，最后與200TK01B出口管線、200P03C入口管線進行焊接碰口。檢測人員對碰口處焊縫進行X射線探傷，合格后使用壓縮空氣進行吹掃，用氮氣置換合格后交付使用。后期對管線進行加保冷材料處理，封堵氨球罐圍堰穿墻孔，保證氨球罐圍堰安全投用。對200P03C入口新增管線人行通道處配置逃生便道及護欄。

圖5 200P03C泵入口管線改造圖

圖6 200P03C泵入口管道坡口圖

4.3 保護措施

嚴(yán)格按照項目管理規(guī)程，施工作業(yè)前對施工人員進行技術(shù)交底。根據(jù)施工特點，氣割設(shè)備如氣瓶、氣帶、氣槍等應(yīng)完好無損，氣瓶按規(guī)定放置，使用前清除周圍易燃品，使用后收起妥當(dāng)存放(乙炔必須安裝回火器)。使用砂輪機打磨或切割材料時，應(yīng)穩(wěn)當(dāng)操作，并戴防護眼鏡。作業(yè)區(qū)域應(yīng)設(shè)置明顯的警示牌和標(biāo)識牌，夜間施工作業(yè)區(qū)應(yīng)有照明。施工人員必須穿戴勞保裝，施工用具、施工材料必須擺放整齊并不得搶占施工通道。夜晚施工作業(yè)及探傷作業(yè)應(yīng)設(shè)置安全警示燈[3-4]。所有用電設(shè)備應(yīng)完好無損，嚴(yán)禁用電設(shè)備、工器具帶病運行，用電設(shè)備應(yīng)一機一閘且?guī)╇姳Ｗo。夜間探傷作業(yè)應(yīng)準(zhǔn)確通知現(xiàn)場人員，并拉好警戒線和警戒燈，并派專人在警戒線外警戒，防止人員進入X射線影響區(qū)域。管道吹掃應(yīng)進行技術(shù)交底記錄，排放點選擇安全區(qū)域，并聯(lián)合安全部門通知全體人員，拉好警戒線并派專職安全員監(jiān)護。

5 改造效果

200P03C技改管線效果見圖7，200P03A/B/C技改后出口壓力情況見表2。通過實際運行，改造后3臺泵均打壓正常，實現(xiàn)了8 h充裝500 t以上液氨的設(shè)計目標(biāo)。截至目前，200P03C連續(xù)運行2 a多，出口壓力、流量、軸承振動等技術(shù)指標(biāo)均為正常值，既降低了排放又保護了大氣環(huán)境。

圖7 200P03C技改管線效果圖

表2 200P03A/B/C技改后出口壓力情況

6 結(jié)語

對葉輪直徑校核、進出口管線、壓力表、電機轉(zhuǎn)速、泵頭、管線設(shè)計等因素進行逐一排查，最終找到200P03C入口管線布局不合理是其打壓能力下降的主要原因。通過技術(shù)改造，恢復(fù)了200P03C的正常工作性能。

經(jīng)歷此次液氨泵打壓不足問題的解決，認(rèn)識到液氨管線合理布置的重要性，對今后處理同類型問題提供了方向，值得同行業(yè)單位借鑒與推廣。