胺液溫度對磁力泵的影響及解決方法

趙金榮，樊江海，喬 軻

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

目前，石油化工過程中泵的軸密封主要是機械密封，盡管對機械密封的構(gòu)造與要求不斷進行完善，但還是不能避免完全無泄漏的難題。由于磁力泵的問世，又開辟了動密封力傳動工藝發(fā)展的另一個嶄新方向。磁力泵相比于其他一般泵具有完全杜絕液體泄漏的優(yōu)點，主要應(yīng)用在石油化工行業(yè)用來輸送有毒有害、易燃易爆和具有強腐蝕性的液體，能夠解決泄漏污染問題，同時能夠滿足環(huán)境保護的要求。由于溶劑再生裝置介質(zhì)中含有硫化氫，具有很強的毒性和腐蝕性，因此溶劑再生裝置采用磁力泵。但是在磁力泵運行過程中，由于回流罐液位低或介質(zhì)溫度高的原因，導(dǎo)致回流泵自停次數(shù)過多，造成尾氣排放超標且磁力泵的損壞，增加了設(shè)備的檢修費用，影響溶劑回收裝置系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

1 磁力泵原理及結(jié)構(gòu)

磁力泵采用磁力扭矩傳動技術(shù)，通過隔離罩實現(xiàn)內(nèi)外磁缸無接觸密封，解決了運輸過程中介質(zhì)泄漏的問題，它的機械結(jié)構(gòu)見圖1，主電機帶動外部磁缸旋轉(zhuǎn)，由于磁場的作用內(nèi)磁缸則同步旋轉(zhuǎn)，內(nèi)外磁缸間有隔離套，隔離套與內(nèi)磁缸間形成封閉腔，部分液體由于壓力差的原理，流向封閉腔對內(nèi)外磁缸進行冷卻后流入葉輪進口。由于不存在機械密封，內(nèi)部接觸介質(zhì)的零件被泵體、泵蓋及隔離套等完全封閉，從而實現(xiàn)無泄漏，消除了有毒物質(zhì)通過泵密封泄漏的安全隱患[1]。

圖1 磁力泵的結(jié)構(gòu)示意圖

磁力泵經(jīng)過很長時間的技術(shù)改進提升，機泵制造水平日漸提高，不同的工藝介質(zhì)對磁力泵的性能提出了新的需求。本裝置中的磁力泵由丹東克隆集團有限公司生產(chǎn)，輸送介質(zhì)為酸性水（主要成分是0.16%H2S，有毒且具有腐蝕性），泵體及葉輪材料均為不銹鋼；殼體墊片材料為聚四氟乙烯；磁力泵磁缸的永磁材料主要為稀土材料釹鐵硼。泵的性能參數(shù)見表1。

表1 磁力泵性能參數(shù)表

2 溶劑再生工藝

溶劑再生裝置工藝見圖2，來自重油催化裂化裝置、柴油加氫精制裝置、汽油加氫、312 瓦斯脫硫和硫磺回收裝置的富胺液，經(jīng)過換熱后，進入溶劑再生塔上部第3 層塔板。塔底重沸器由0.35 MPa 蒸汽提供熱量，使再生塔底部溫度控制在125 ℃左右，塔內(nèi)液體中的H2S 和部分CO2被解析出來，經(jīng)塔頂空冷換熱器冷卻至40 ℃后進入塔頂回流罐，罐頂?shù)乃嵝詺馀欧胖亮蚧腔厥昭b置，罐底的酸性水經(jīng)塔頂回流泵加壓后返回再生塔頂部控制塔頂溫度。

圖2 溶劑再生裝置工藝圖

在日常操作過程中，當再生塔回流量出現(xiàn)波動，會導(dǎo)致塔的壓力過高；或空冷器的冷卻效果不佳，致使回流罐液位過低，其液位過低會使回流量較小或者中斷，影響塔內(nèi)的氣液相平衡，需要通過補水來控制回流罐液位，使塔內(nèi)氣液相達到平衡維持塔的操作。系統(tǒng)操作不穩(wěn)定對泵也造成了影響。

據(jù)統(tǒng)計，2018 年至2020 年裝置運行期間機泵共自停56 次，計劃停機檢修12 次，非計劃停機42 次，占比過高；非計劃停機中，泵抽空導(dǎo)致自停占比在7%，機泵溫度高導(dǎo)致自停占比在93%。通過現(xiàn)場對機泵的檢查分析和數(shù)據(jù)收集，當泵的隔離套溫度達到140 ℃左右的時候，泵內(nèi)部會傳出異常的雜音，導(dǎo)致機泵振動值偏高，造成機泵停機，檢修打開發(fā)現(xiàn)磁力泵出現(xiàn)內(nèi)磁缸消磁和卡死現(xiàn)象。

3 磁力泵故障及改進方法

3.1 磁力泵抽空故障分析

當運行中的泵開始抽空時，會突然發(fā)出噪聲、振動，伴隨著壓力、流量和電流的降低；當泵抽空嚴重時，泵會強烈振動，壓力表顯示為零，泵中無介質(zhì)送出。通過對以上現(xiàn)象分析，泵的抽空主要有以下三點原因：

（1）塔頂冷卻器冷卻效果不好，造成回流罐液位過低，回流罐的液位與泵入口的高度差較小，導(dǎo)致有效氣蝕余量偏小，發(fā)生氣蝕現(xiàn)象。

（2）泵出口流量不滿足最小流量。磁力泵在抽空或低流量下運行時，造成石墨軸承沒有得到及時冷卻、潤滑，使軸承溫度升高，酸性水急劇汽化，進而發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，造成石墨軸承破碎[2]。

（3）再生塔內(nèi)壓力不穩(wěn)。當再生系統(tǒng)波動較大或負荷調(diào)整過大，引起回流泵入口壓力突然下降，流量減少，容易發(fā)生泵體抽空[2]。

改進措施：（1）定時對現(xiàn)場玻璃板液位計進行檢查，與內(nèi)操DCS 液位進行對比確認，防止因儀表失靈導(dǎo)致回流罐液位過低。造成磁力泵因為流量過低，液體汽化，導(dǎo)致機泵消磁損壞。（2）穩(wěn)定操作，介質(zhì)進塔的負荷調(diào)整應(yīng)在溶劑再生塔允許的范圍內(nèi)，適當提高溶劑再生塔壓力，使其稍遠離相同溫度下的酸性水飽和蒸汽壓力。

3.2 高溫引起的磁力泵故障原因及改進措施

為維持回流罐液位，需要將凝結(jié)水加入回流罐內(nèi)，由于加入的凝結(jié)水溫度在140 ℃左右，導(dǎo)致泵的入口介質(zhì)溫度過高，造成磁力泵內(nèi)磁缸消磁。在結(jié)構(gòu)上，磁力泵的外磁缸采用低碳鋼作為外部密封殼體，內(nèi)磁缸的材料為釹鐵硼，內(nèi)磁缸在內(nèi)部工作，與介質(zhì)直接接觸，當介質(zhì)溫度超出允許范圍易發(fā)生消磁現(xiàn)象，這樣導(dǎo)致材料消磁的現(xiàn)象不可逆轉(zhuǎn)。釹鐵硼永磁體具有很高的磁積能，從溫度性能上（圖3）可以看出，釹鐵硼的居里溫度為300 ℃，但是，當溫度在140 ℃左右時，釹鐵硼的可變扭曲強度下降較快，不可逆損失較大。輸送的介質(zhì)溫度過高會使磁力泵空負荷運轉(zhuǎn)導(dǎo)致內(nèi)磁缸和隔離套間干摩擦使介質(zhì)溫度升高，軸承磁性體失磁；機泵機體振動，導(dǎo)致機泵自?；亓髦袛?，影響生產(chǎn)。

圖3 釹鐵硼溫度性能圖

最終確定凈化水為最適合補水介質(zhì)，其溫度適宜，介質(zhì)純凈，屬于裝置內(nèi)現(xiàn)有產(chǎn)品且能耗低。補水后經(jīng)過短期對泵入介質(zhì)口溫度數(shù)據(jù)進行收集，將補水介質(zhì)由凝結(jié)水改為凈化水后介質(zhì)溫度始終處于可操作范圍內(nèi)，避免了在補水后由于輸送介質(zhì)溫度過高導(dǎo)致磁力泵消磁。

改進措施：回流罐流量及介質(zhì)溫度控制在操作范圍內(nèi)，當回流罐液位低于設(shè)定值時，可以通過補水線對回流罐進行補液來提高回流罐液位，對裝置中現(xiàn)有的四種介質(zhì)從溫度、所含雜質(zhì)、節(jié)能降耗等方面進行對比研究分析，見表2。

表2 補水介質(zhì)對比分析表

4 結(jié)論

對溶劑再生裝置中磁力泵在運輸酸性水介質(zhì)時，時常發(fā)生抽空、消磁的現(xiàn)象進行研究分析，通過調(diào)整溶劑再生塔的工藝操作參數(shù)和更改補水介質(zhì)，降低了磁力泵因故障停機所造成的經(jīng)濟損失,確保了溶劑再生裝置的穩(wěn)定運行。