采用液上自吸泵解決液硫輸送問題

陳 龍， 解更存

(中國石化達州天然氣凈化有限公司， 四川達州 635000)

采用液上自吸泵解決液硫輸送問題

陳 龍， 解更存

(中國石化達州天然氣凈化有限公司， 四川達州 635000)

液硫 輸送 硫磺泵 原因 分析

液硫通常儲存在地下液硫池中，通過液硫輸送泵輸送至硫磺成型裝置，然后加工成產品硫磺顆粒。液硫池容量有限，在生產中僅起緩沖、存放作用，若無法保證液硫及時外送，將會造成硫磺生產裝置非計劃停工。因此，保障液硫泵連續運行對提升硫磺裝置的生產穩定性十分重要。目前在液硫池外輸液硫設備中，應用較為廣泛的是長軸液下泵。

1 液硫輸送

液硫的物理性質較為特殊，其黏度隨溫度變化而變化，初熔時，黏度隨溫度升高而下降，當溫度超過159 ℃后，黏度隨溫度升高而急劇增大。當溫度持續升高到190 ℃時，液硫黏度將達到極大值，溫度超過190 ℃后，黏度又恢復到初時的特征。因此，液硫在130～160 ℃時黏度最小、流動性最好。液硫在管道內輸送時通常需要利用管道伴熱系統將整個管道內液硫的平均溫度控制在135～140 ℃，液硫輸送的最低溫度要求為122～125 ℃，一旦溫度下降，停泵管線及泵內硫磺將凝結在泵及管線內，造成再次啟泵困難，從而損壞機械密封[1]。

2 長軸液下泵運行現狀

2.1 長軸液下泵

長軸液下泵通常采用防爆電機驅動，電機安裝在液硫池地表面上，泵體位于安裝平面正下方，其結構形式為夾套式立式離心泵，因而占地面積小。啟泵前無需灌泵。當泵啟動時，葉輪、泵體等過流部件已全部浸沒在液硫池的液相介質中，啟動容易，且不會因液硫溫度不在最佳溫度范圍內凝固結晶，導致運行困難。泵的出液管、支撐管、中間支撐架及自沖洗管線均有保溫夾套，利用低壓伴熱蒸汽防止液硫冷凝結晶。泵的軸承具有自潤滑結構，出液管處引入的液硫可潤滑軸承，完成潤滑作用后的液硫在重力作用下自流回液硫池。泵入口處安裝過濾網，避免液硫池中的雜質進入泵體，從而損害泵體。

2.2 運行中存在的問題及原因分析

長軸液下泵在實際運行中經常出現泵體振動大、機泵故障頻繁等問題，泵的連續使用壽命較短。對泵解體檢查，發現多是滾動軸承和滑動軸承磨損、損壞嚴重，泵軸損壞、彎曲。

造成這些問題的主要原因如下：

1) 液硫池液位深度泵本體長度設計值約為6 m，為保證泵軸的同軸度，采用安裝滑動軸承對泵軸進行定位，并起徑向支撐作用。但因泵體長度過長，泵的工作端又位于底部，高速運轉時，軸泵易產生過大撓度引起振動。

2) 泵軸在高溫條件下產生熱膨脹，長期在振動運行工況下勢必產生輕微變形，影響泵軸與支撐管的配合精度，造成泵體下部轉子和定子的平行度被破壞，葉輪與泵體配合間隙出現偏差，葉輪和泵體摩擦，嚴重時葉輪發生卡死現象。這些均加劇了泵軸變形及軸承磨損，若頻繁維修會影響泵軸配合精度，反過來又導致頻繁損壞繼續維修，造成惡性循環，嚴重時損壞電機。

3) 泵的自潤滑液硫管路及伴熱蒸汽管路均通過焊接方式連接在泵體上，管路直徑15～25 mm。該結構易導致焊接應力集中在焊縫及彎頭處，加之泵體長期振動及管路直徑較細，加劇了彎頭及焊縫達到抗拉強度，最終變形斷裂。管路變形斷裂會導致液硫伴熱不暢或潤滑管路堵塞，無法潤滑軸承，造成軸承、軸套及襯套磨損快、易損壞[2]。

4) 泵入口處設置的過濾網是用于過濾液硫中的雜質。當入口濾網嚴重堵塞導致泵不上量時，電機負荷隨之增大，泵運行效率降低，泵產生振動和噪聲，軸承發熱磨損損壞。

2.3 其他問題及安全隱患

1) 泵軸較長、拆裝不便。一旦出現故障，需要利用吊車將整個長軸泵吊至地面上，清理整個泵腔及轉動部件上的硫磺結晶，而且拆裝附屬的蒸汽伴熱管線及連接部件。清理完成后，再將液下泵吊裝回原處，每次維修均耗費大量人力和物力。由于該泵故障率較高，滑動軸承易腐蝕、磨損，維修時全部更換，導致運行維護成本居高不下。

2) 液下泵被吊到地面時，液下泵安裝位置呈敞開狀態，需加蓋臨時蓋板保持液硫池封閉狀態。但臨時蓋板密封性不佳，無法完全阻隔液硫池氣相空間逸出的硫蒸氣、硫化氫及二氧化硫等混合氣體，易造成附近操作人員中毒，并污染環境。

3) 若液下泵軸承發生磨損，局部位置出現干磨，該位置溫度迅速升高。由于泵體位于液硫池內，硫磺為易燃易爆介質，滑動軸承干磨所導致的溫度升高會引發液硫池氣相空間閃爆[3]。

3 液上自吸泵

為避免液下長軸泵輸送液硫時所產生的問題，可將液下泵改為地上泵，采用自吸泵替代液下長軸泵，保證液硫安全可靠輸送。

自吸泵是一種具有自吸能力的離心泵，設有輸送泵、自吸裝置、伴熱裝置和回流管線4個部分。輸送泵采用立式離心泵，以減少泵內介質殘留；自吸裝置包括抽真空裝置、控制箱及抽氣管線，當輸送泵內液位達到設定位置時，抽真空裝置發出電信號到控制箱，控制抽真空裝置及輸送泵的自動啟停，實現整個設備的自動控制。為防止介質離開液硫池后，因外界溫度下降，介質凝結無法輸送，液硫泵設置伴熱裝置，伴熱裝置有蒸汽入口和蒸汽出口，由外部供熱管網提供伴熱蒸汽。整個裝置停運時，關閉出口管閥門，輸送泵繼續保持小流量運行，回流管閥門打開，泵送介質沿回流管線流回儲液罐，不再輸送到下個泵位。裝置恢復運轉時，關閉回流管閥門，打開出口管閥門，輸送泵迅速正常運行。輸送泵停泵檢修時，立式泵內殘留介質會沿垂直的入口管自動回流至儲液罐。

4 液上自吸泵與液下長軸泵對比

4.1 運行平穩

液上自吸泵泵軸及泵體不插入介質中，僅有不銹鋼材質的吸入管及內置夾套伴熱位于液硫池內，不易振動、腐蝕及損壞，大大降低了設備故障率。所有管路、接頭、泵體、泵蓋等都外加蒸汽伴熱，液硫離開液硫池、在流經泵件時不會因熱量損失，導致溫度下降而發生凝結。液硫注滿泵腔后才能啟動泵，起到充分潤滑作用，避免機封干磨損壞。

4.2 維護、維修方便

液上自吸泵占地面積小，可安裝在任何位置。由于整機泵及過濾裝置均設置在地面之上，維修時無需將泵從液硫池內吊出，僅需停泵關閉進、出口閥門后即可進行作業，節省人力、物力。立式泵停泵時，泵內液硫自動沿垂直入口管回流到液硫池，避免液硫殘留在泵體內結晶，減少維修時清理泵內結晶的工作量，縮短維修工時。

4.3 安全性

液硫池內只有吸入管線和內置夾套伴熱，不會發生滑動軸承因干磨產生高溫或火花而導致氣相空間內易燃、易爆氣體閃爆。維修泵期間，液硫池仍保持封閉狀態，消除了有毒氣體逸出造成附近作業人員中毒及環境污染的隱患。

5 結語

采用液上自吸泵替代液下長軸泵來輸送液硫，不僅降低設備故障率，保證設備連續平穩運行，徹底解決了液下泵振動大、頻繁故障的問題，而且杜絕了潛在的安全隱患，降低了維護、維修費用。

[1] 周志杰，呂曉明，陳書寧，等.液硫輸送過程中遇到的問題及應對措施[J].河南化工，2010，27(10)：92-92.

[2] 董文平，張來雄.對現役硫磺液下泵故障分析及改造[J].通用機械，2011(2)：47-49.

[3] 趙興華.采用雙螺桿泵安全輸送液硫技術[J].安全技術， 2013，13(9)：18-19.

2017-08-20。

陳龍，男，中國石化達州天然氣凈化有限公司助理工程師，主要從事設備技術科研攻關、技術改造工作。電話：15196892324；E-mail：327187608@qq.com。

TQ111.16

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1002-1507(2017)10-0026-02