過氧化物泵故障分析及處理

張金龍 張箭飛 林海(神華新疆化工有限公司， 新疆 烏魯木齊 831400)

設備運維

過氧化物泵故障分析及處理

張金龍 張箭飛 林海(神華新疆化工有限公司， 新疆 烏魯木齊 831400)

過氧化物泵是國內某新建27萬噸/年高壓低密度聚乙烯裝置的核心設備之一。作為該裝置聚合反應的引發劑注入泵，自開工以來，已多次出現問題，嚴重造成裝置停車，損失巨大。本文通過研究設備工作原理及結構，對故障問題進行深入分析，提出解決措施，從而保證設備安、穩、長、滿、優運行。

過氧化物注入泵;故障;措施

國內某新建27萬噸/年高壓低密度聚乙烯裝置，引進德國巴塞爾(Basell)公司Lupotech TS高壓管式法工藝技術，該技術以乙烯為原料，丙醛或丙烯作為調整劑，以過氧化物為引發劑，采用單點進料4段反應聚合方式，在250～310MPa高壓狀態下生產低密度聚乙烯均聚產品。主要包括工藝單元有：乙烯壓縮、調節劑注入、引發劑配制和注入、聚合、高壓分離和循環系統、低壓分離和循環系統、擠出和造粒系統、熱水系統、后處理系統(脫氣、風送)等。裝置由德國伍德(UHDE)工程公司承擔基礎設計和超高壓部分的詳細設計，中國昆侖工程公司大慶分公司(DPEC)負責詳細設計。裝置設計年操作時間為7600小時，平均小時產量為35.5噸/小時，引進牌多達19種，包括高透明膜、收縮膜、冷凍膜、農膜、電纜料、注塑料、涂覆料、發泡料等[1]。

引發劑配制注入系統肩負著將配置好的過氧化物注入到反應器從而引發反應的重任，然而自開工以來，數次出現因過氧化物注入泵故障導致裝置停車，如何及時、準確判斷處理過氧化物泵及系統故障、提前預防故障發生，成為保證裝置長周期運行關鍵，本文對過氧化物泵結構及原理進行研究，并對出現的常見故障進行簡要分析，提出預防、解決措施。

1 過氧化物泵概述、設備參數、結構原理

1.1 過氧化物泵概述

過氧化物注入泵采購德國Uhde公司制造的高壓柱塞泵，該系統共有6臺泵，其中P1～P4四臺泵分別注入至反應器R1-R4，注入壓力分別控制在260MPa、250 MPa 、235MPa 、220MPa左右， P5泵為反應器注入管線和管嘴沖洗；P8為四臺注入泵備用泵。每臺泵設有獨立的液壓油驅動泵，用于驅動2臺高壓柱塞泵，每臺泵配有一套潤滑油系統。

1.2 過氧化物泵參數

設備位號 ：P1、P5、P8

P5 溶劑油沖洗泵P8 備用泵技術參數描述 數值 單位流量 0.08 m3/h最大工作壓力 320 MPa設計溫度 80 ℃柱塞直徑 14 mm沖程長度 120 mm設備位號 設備名稱 型號P1 過氧化物注入泵HP2303-SO

沖程頻率 43 min-1主驅動電機功率 18.5 kW油箱容積 390 L液壓油溫度 40～60 L

設備位號 ：P2、P3、P4

P3 過氧化物注入泵P4 過氧化物注入泵技術參數描述 數值 單位流量 0.04 m3/h最大工作壓力 320 MPa設計溫度 80 ℃柱塞直徑 10 mm沖程長度 120 mm沖程頻率 43 min-1主驅動電機功率 11 kW油箱容積 390 L液壓油溫度 40～60 L設備位號 設備名稱 型號P2 過氧化物注入泵HP3002

1.3 過氧化物注入泵工作原理

1.3.1 過氧化物泵結構組成

過氧化物注入泵為液壓油驅動的雙作用柱塞泵，通過液壓油驅動柱塞作往復運動實現過氧化物介質的吸入和排出。主要由油箱、液壓油泵，2臺高壓柱塞泵(1號泵和2號泵)、潤滑油系統、液壓油冷卻循環系統等組成。

1.3.2 工作原理

過氧化物泵控制系統如圖3所示，換向閥XV1控制在用(1號泵)和備用(2號泵)柱塞泵之間切換；換向閥XV2、XV3分別控制1號和2號柱塞泵往復運動換向。以1號泵為在用泵，2號泵為備用泵，液壓油泵(斜軸泵)將液壓油升壓到5MPa左右，通過換向閥XV1、XV2將油送入柱塞泵液壓油缸推動活塞移動，活塞帶動柱塞往復運動，通過出入口單向閥使過氧化物吸入和排出[3]。系統3為液壓油冷卻循環系統，控制壓力為2MPa左右，可切換過濾器保證系統液壓油潔凈度，通過冷卻器使系統油溫保持在40℃左右。液壓油泵出口設有溢流閥PVR1保護系統不會超壓。當在用柱塞泵1號泵出現故障，可通過換向閥XV1切換到備用泵，保證生產穩定運行。

圖1 過氧化物泵整體外形

圖2 過氧化物泵冷卻循環系統

圖3 過氧化物注入泵原理圖

2 常見故障分析及采取措施

2.1 液壓油管線連接螺母泄壓孔漏油

2.1.1 故障現象

過氧化物泵P1001在運行過程中，液壓油從螺母泄壓孔(圖4)中大量泄漏，過氧化物泵因油位低聯鎖停車。2.1.2 故障原因

造成液壓油從螺母泄壓孔內泄漏原因主要有以下兩點。

(1)由于泵出口壓力大高達260MPa，液壓油驅動柱塞往復運動，導致泵體振動較大，長時間振動導致液壓油管線螺母松動，致使液壓油從螺母泄壓孔內泄漏。

(2)螺母內密封圈老化受損，無法有效密封，導致液壓油泄漏。

2.1.3 預防措施

(1)定期檢查液壓油管螺母有無松動，進行緊固。

(2)緊固螺母內O型密封圈使用壽命為2年，定期更換O型圈，避免因密封圈失效造成液壓油泄漏。

2.2 過氧化物泵填料泄漏

2.2.1 故障現象

過氧化物泵柱塞桿密封為填料密封，填料外側配有專門用于潤滑填料的潤滑油注入口，且在泵運行時，潤滑油從填料壓蓋處流出(圖5)，每4～5秒滴一滴。開工運行一段時間后，過氧化物泵填料壓蓋處泄漏出現增大情況，至使無法滿足泵出口壓力、流量要求。

圖4 液壓油管線連接螺母

圖5 過氧化物泵柱塞填料壓蓋

2.2.2 故障原因：

高壓填料結構如圖6所示，主要由導向環227、壓力環226、中間環225、V型填料環224、支撐環223組成，其中支撐環223為銅合金材質，V型填料環224為RCH1000材料[2]。當柱塞泵運行過氧化物受壓排出時，高壓填料組件受壓，中間環225、V型填料環224變形后分別與柱塞和液壓缸緊密接觸實現密封，同時壓力環226受徑向力向外擴張，直徑有增變大，過氧化物吸入時填料組件受力消除恢復原狀，在泵運轉過程中，壓力環226頻繁擴張、復位，最終導致壓力環疲勞受損(圖7壓力環受損)，整套填料組件失去密封作用。

導致過氧化物泵填料泄漏的其他原因有：潤滑油注入不良，填料磨損，無法進行有效密封；填料壓蓋松動，致使填料無法進行有效密封；未按照起泵要求操作，導致填料組件加速受損。

根據廠家提供數據，過氧化物泵填料壽命至少為4000小時，剛開工一個月就出現填料泄漏，基本排除填料失效原因。經過排查，潤滑油系統注入正常，現場檢查填料壓緊螺母松動，導致填料組件無法形成有效密封，為泄漏主要原因。若泵在后續運行過程中再次出現泄漏，且緊固填料壓蓋到最大值，也無法消除泄漏，說明填料組件已失效，需更換填料。2.2.3 采取措施

圖6 高壓填料組件

圖7 填料密封組件受損

(1)填料壓蓋松動導致泄漏，利用過氧化物專用工具緊固填料壓緊螺母，需注意壓緊螺母緊固最大行進距離為1mm，緊固太緊將損壞填料或減低填料使用壽命。

(2)加強對填料潤滑監控，現場發現潤滑油流量計轉子不動，立即檢查潤滑情況，必要時切換泵頭維修。

(3)按照操作規程起泵，更換新填料或設備長時間停運，起泵后在無壓力情況下運行至少1分鐘，然后依次按照500bar、1000bar、1500bar…幾個階段緩慢升壓。不能直接升壓到工作壓力，否則導致填料泄漏或加快填料磨損。

(4)統計柱塞填料的使用壽命，設備正常運轉填料使用壽命在180天，定期更換填料，這樣可以避免因填料失效而造成泵失效。

2.3 過氧化物增壓泵柱塞不動作，導致過氧化物出口無流量、壓力。

2.3.1 故障描述

過氧化物泵運行過程中，出現泵出口流量、壓力降低情況，并導致聚合反應溫度大幅度降低，無法滿足聚合反應，現場查看為柱塞動作頻率緩慢，且柱塞行程未達到規定沖程長度，嚴重時柱塞運行到一側后將停止動作，此時，液壓油泵出口壓力從正常5MPa升高到7.5MPa。

2.3.2 故障原因

過氧化物泵柱塞不動作，主要原因為液壓油系統故障，可能出現部位有：換向閥XV2、XV3出現堵塞現象；液壓開關閥XV4出現故障，導致換向閥XV2、XV3無法有效動作，液壓油無法流動泄壓。

圖8 過氧化物柱塞泵液壓開關閥

通過各專業現場檢查，發現液壓開關閥XV4動作故障。如圖8所示，液壓開關閥XV4上部的控制活塞1在在執行桿2及彈簧機構作用下來回動作，工作沖程5mm，通過開關液壓油(2MPa)驅動換向閥XV2、XV3更換閥位，進而改變液壓油(6MPa)進柱塞泵油缸方向，驅動柱塞往復運動，經現場確認，柱塞泵左側執行桿2上下擺動正常，液壓開關閥上部控制活塞1能夠滿沖程動作，而柱塞泵右側執行桿2未有效動作，控制活塞1也沒有5mm沖程。現場通過對執行桿2檢查，發現執行桿根部插銷與執行桿已粘結在一起，執行桿無法有效擺動，導致控制活塞1無法上下運行，最終導致油路不通，柱塞無法正常動作。

2.3.3 采取措施

對執行桿根部插銷3進行打磨處理，并涂抹潤滑脂，保證執行桿能夠輕松轉動，定期手動檢查執行桿轉動情況，發現卡澀、不動作等情況及時處理。

2.4 液壓油油溫太高。

2.4.1 問題描述

過氧化物泵運行過程中，液壓油溫度超過操作值40℃，甚至達到60℃。2.4.2 故障原因

換熱器無冷卻介質或者流量不足；換熱器溫度控制閥設置太低；換熱器堵塞，換熱效率降低。2.4.3 采取措施

檢查冷卻水來回水是否通暢，清理冷卻水過濾器，檢查冷卻水來水溫度、壓力是否正常；檢查換熱器溫度控制閥設定位置，并調至最大位置；檢查換熱器是否堵塞，關閉冷卻水來水閥，打開來水線閥后導淋，對換熱器進行反沖洗去除雜物，正常情況每6個月對換熱器進行清理。

3 結論

過氧化物注入泵作為高壓聚乙烯裝置的重要設備，自開工投產以來，隨著各系統運行出現各種故障，本文深入研究設備結構原理，多方面分析故障原因，制定相應措施，不僅有效降低了該設備故障率，延長其使用壽命，而且為裝置安全、平穩、長周期運行奠定堅實基礎。

[1]高壓聚乙烯裝置技術規程.

[2]Uhde HIGH-PRESSURE INITIATOR INJECTION PUMP for operation and maintenance[M].

[3]張箭飛.氧化物注入泵故障簡析[J].內蒙古石油化工，2013，(17).

張金龍(1988- )，男，漢，甘肅平涼人，大學本科，助理工程師。