氣化高溫?zé)崴霉收戏治黾案脑靸?yōu)化

肖遠(yuǎn)志,劉文洋

(宜都興發(fā)化工有限公司, 湖北宜昌 443000)

宜都興發(fā)化工有限公司合成氨裝置年產(chǎn)40萬(wàn)t合成氨,年操作時(shí)間8 000 h,采用了多噴嘴對(duì)置式水煤漿氣化技術(shù)[1],操作壓力為6.5 MPa。來(lái)自氣化爐洗滌冷卻室、旋風(fēng)分離器及水洗塔底部的黑水分別經(jīng)過(guò)減壓送入蒸發(fā)熱水塔下部蒸發(fā)室。蒸發(fā)熱水塔蒸發(fā)室中,一部分水蒸發(fā)為蒸汽,進(jìn)入蒸發(fā)熱水塔上部熱水室,與低壓灰水泵來(lái)的灰水直接接觸,加熱灰水,自身大部分冷凝。熱水室的熱水流入高溫?zé)崴?經(jīng)高溫?zé)崴脤崴斔椭了此胁?實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)水平衡。高溫?zé)崴脼?級(jí)離心泵,設(shè)計(jì)額定功率為800 kW,額定體積流量為265 m3/h,出口壓力為7.2 MPa,入口壓力為0.85 MPa,密封水壓力為1.9 MPa。氣化單系列配2臺(tái)高溫?zé)崴?具備壓力聯(lián)鎖自啟功能。合成氨裝置于2021年5月一次投料開(kāi)車成功,裝置整體運(yùn)行平穩(wěn)。從試生產(chǎn)至今,高溫?zé)崴么嬖诙啻螜C(jī)械密封損壞的事故,多次因口環(huán)磨損導(dǎo)致緊急倒泵或倒?fàn)t的情況發(fā)生。

1 高溫?zé)崴么嬖诘膯?wèn)題

1.1 高溫?zé)崴脵C(jī)械密封頻繁損壞

在2021年開(kāi)車初期,發(fā)生了多次高溫?zé)崴脵C(jī)械密封損壞的事故,造成氣化裝置緊急停車。高溫?zé)崴玫尿?qū)動(dòng)端機(jī)械密封在啟動(dòng)泵的瞬間發(fā)生損壞,導(dǎo)致大量的高溫?zé)崴畯臋C(jī)械密封處泄漏;由于熱水溫度較高,遇空氣汽化,產(chǎn)生大量水蒸氣,阻擋人員視線,易發(fā)生危險(xiǎn)。高溫?zé)崴孤?導(dǎo)致泵運(yùn)行流量降低,無(wú)法滿足生產(chǎn)要求,最終被迫倒泵。在停泵后,機(jī)封水管線上的玻璃視鏡破損,沖洗水從視鏡處噴涌而出;關(guān)閉機(jī)封水閥門后,泄漏消除。對(duì)高溫?zé)崴眠M(jìn)行拆檢后發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封動(dòng)環(huán)及靜環(huán)已損壞。

1.2 高溫?zé)崴每诃h(huán)磨損

在2022年11月出現(xiàn)了高溫?zé)崴抿?qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)異常升高的現(xiàn)象,在對(duì)工況參數(shù)及現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行檢查后,未發(fā)現(xiàn)明顯異常。在對(duì)高溫?zé)崴玫某掷m(xù)監(jiān)控運(yùn)行中,發(fā)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)有持續(xù)上漲的趨勢(shì),立即組織停泵檢修工作。對(duì)高溫?zé)崴眠M(jìn)行拆檢后,測(cè)量葉輪與口環(huán)的間隙,結(jié)果見(jiàn)表1。由表1可以看出:首級(jí)葉輪與口環(huán)間隙為0.640 mm(技術(shù)要求為0.605 mm),次級(jí)葉輪與口環(huán)間隙為0.620 mm(技術(shù)要求為0.580 mm),葉輪與口環(huán)間隙已經(jīng)嚴(yán)重超標(biāo)。更換口環(huán)后,進(jìn)行試泵,在額定工況參數(shù)運(yùn)行下,測(cè)量驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)均已恢復(fù)至正常范圍。

2 原因分析

2.1 高溫?zé)崴脵C(jī)械密封損壞原因分析

拆開(kāi)高溫?zé)崴玫臋C(jī)械密封后發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封動(dòng)環(huán)及靜環(huán)均已碎裂,端面因高溫?zé)g而出現(xiàn)發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。分析原因?yàn)闄C(jī)械密封的動(dòng)環(huán)與靜環(huán)發(fā)生了干摩,在碰撞的作用力下,動(dòng)環(huán)及靜環(huán)薄弱處發(fā)生破碎,而端面出現(xiàn)燒蝕,說(shuō)明機(jī)械密封水未進(jìn)入機(jī)械密封內(nèi)[2]。檢查現(xiàn)場(chǎng)的高溫?zé)崴脵C(jī)械密封,驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端均采用外沖洗水方案,即機(jī)封水進(jìn)入泵體內(nèi),要求機(jī)封水壓力應(yīng)大于泵入口壓力0.2 MPa[3]。實(shí)際操作中,機(jī)封水壓力未滿足要求。機(jī)封水視鏡頻繁發(fā)生破損,發(fā)現(xiàn)機(jī)封水壓力表已超過(guò)其量程顯示,判斷高溫?zé)崴脙?nèi)部也處于超壓狀態(tài),而此時(shí)泵入口、出口閥門均已關(guān)閉,泵體內(nèi)部憋壓,超過(guò)視鏡承受壓力從而導(dǎo)致視鏡破碎,因泵體內(nèi)部作用不平衡發(fā)生軸向移動(dòng),瞬間造成動(dòng)環(huán)及靜環(huán)撞擊而導(dǎo)致動(dòng)環(huán)及靜環(huán)發(fā)生破碎。

2.2 高溫?zé)崴每诃h(huán)磨損原因分析

分析高溫?zé)崴每诃h(huán)磨損的原因是高溫?zé)崴萌肟诤谒塘刻?。在高溫?zé)崴眠\(yùn)行1個(gè)月后,進(jìn)行倒泵操作,拆除其進(jìn)口濾網(wǎng)檢查,發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器內(nèi)部濾網(wǎng)被壓扁(見(jiàn)圖1),濾網(wǎng)表面孔洞已堵塞(見(jiàn)圖2)。

圖1 變形的濾網(wǎng)

圖2 堵塞的濾網(wǎng)

原設(shè)計(jì)濾網(wǎng)的圓形孔徑為4 mm,而大量指甲蓋大小的硬質(zhì)垢片堆積在過(guò)濾器內(nèi)壁與濾網(wǎng)之間,堵塞了圓形孔洞。濾網(wǎng)內(nèi)部堵塞后,只能發(fā)現(xiàn)高溫?zé)崴么蛄棵黠@減少,而過(guò)濾器堵塞情況無(wú)法觀察。壓扁變形的濾網(wǎng),導(dǎo)致大量垢片經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)變形處,未經(jīng)過(guò)過(guò)濾器直接進(jìn)入泵體內(nèi),造成高溫?zé)崴萌肟诤谒塘吭黾?加速了口環(huán)磨損。

3 改進(jìn)措施

3.1 調(diào)整機(jī)封水方案

為了保證機(jī)封水進(jìn)入高溫?zé)崴帽皿w內(nèi),必須調(diào)節(jié)機(jī)封水壓力。在機(jī)封水管線上加裝1臺(tái)自力式壓力調(diào)節(jié)閥,用于調(diào)節(jié)機(jī)封水至機(jī)械密封的壓力。當(dāng)壓力調(diào)節(jié)閥前壓力升高,作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片上的力增加,壓縮彈簧,帶動(dòng)閥芯,使閥門開(kāi)度增大,直到閥前壓力下降到設(shè)定值為止。同理,如果壓力調(diào)節(jié)閥前壓力降低,作用于執(zhí)行機(jī)構(gòu)膜片上的力減小,在彈簧彈力作用下,彈簧帶動(dòng)閥芯,使閥門開(kāi)度減小,直到閥前壓力上升到設(shè)定值為止。加裝壓力調(diào)節(jié)閥后,鑒于泵入口壓力約為0.8 MPa,機(jī)封水壓力能夠穩(wěn)定控制在1.0 MPa,在后續(xù)的運(yùn)行過(guò)程中,避免了機(jī)封泄漏事故。

3.2 過(guò)濾器換向

原設(shè)計(jì)過(guò)濾器為反折流T形過(guò)濾器,黑水從過(guò)濾網(wǎng)外側(cè)流入,經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后,從濾網(wǎng)內(nèi)部流出。經(jīng)過(guò)換向后,黑水從濾網(wǎng)內(nèi)部流入,經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)過(guò)濾后,從濾網(wǎng)外側(cè)流出。換向前后過(guò)濾器示意圖見(jiàn)圖3。

(a) 換向前

為了解濾網(wǎng)的堵塞情況,在高溫?zé)崴萌肟谔幖友b了壓力表,用來(lái)指示入口處的壓力,間接反映濾網(wǎng)的堵塞情況。換向前,運(yùn)行1個(gè)月后濾網(wǎng)狀況見(jiàn)圖4,垢片堆積在濾網(wǎng)外側(cè),擠壓濾網(wǎng),濾網(wǎng)堵滿后,濾網(wǎng)變形。換向后,運(yùn)行1個(gè)月后,拆檢濾網(wǎng),運(yùn)行效果見(jiàn)圖5,垢片堆積在濾網(wǎng)內(nèi)部,濾網(wǎng)外側(cè)無(wú)垢片堆積,壓力表示數(shù)在正常范圍,過(guò)濾效率較好。

圖4 換向前濾網(wǎng)

圖5 換向后濾網(wǎng)

3.3 高溫?zé)崴夼盼酃芫€變更

高溫?zé)崴玫娜肟谶^(guò)濾器有硬質(zhì)垢片堆積,分析原因是高溫?zé)崴薜撞糠e灰嚴(yán)重。由于固體顆粒在底部沉降,最終堵塞在高溫?zé)崴脼V網(wǎng)處,泵的流量和壓力顯著降低。高溫?zé)崴薜撞砍隹趬毫s0.8 MPa,澄清槽為常壓。原設(shè)計(jì)設(shè)置了排至地溝的排污管線,由底部雙閥控制。為了將高溫?zé)崴薜撞糠e灰排出,在原設(shè)計(jì)上新增至澄清槽的管線(見(jiàn)圖6),經(jīng)過(guò)減壓閥(LV14007A/B)減壓至常壓后,流入澄清槽,實(shí)現(xiàn)定期排污[4]。

圖6 排污流程圖

在投用A系統(tǒng)后,高溫?zé)崴梦闯霈F(xiàn)因過(guò)濾器堵塞導(dǎo)致流量減少的問(wèn)題。濾網(wǎng)運(yùn)行1個(gè)月和2個(gè)月的情況分別見(jiàn)圖7和圖8。對(duì)比圖7和圖8可以看出,濾網(wǎng)內(nèi)部的垢片得到了明顯改善。

圖7 運(yùn)行1月濾網(wǎng)

圖8 運(yùn)行2月濾網(wǎng)

4 結(jié)語(yǔ)

由于高溫?zé)崴迷跉饣b置的重要性,每一次機(jī)封損壞都存在停車風(fēng)險(xiǎn)?？诃h(huán)磨損降低了高溫?zé)崴玫氖褂脡勖?不利于氣化裝置的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。改進(jìn)了機(jī)封水沖洗方案,使機(jī)封頻繁損壞的情況得到改善。通過(guò)過(guò)濾器換向及高溫?zé)崴夼盼酃芫€變更,將高溫?zé)崴薜撞糠e灰排至澄清槽,避免了積灰堵塞過(guò)濾器,解決了高溫?zé)崴么蛄坎蛔愕膯?wèn)題,積灰中的垢片排至澄清槽,減少了對(duì)泵體口環(huán)的磨損,大大延長(zhǎng)了泵的使用壽命。