尿素高壓氨泵運行中的故障及處理措施

張進榮，李小燕，范天祥

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

我國自20 世紀70 年代引進的大型氮肥裝置，專利技術和關鍵技術均受制于國外，為了研發我國自主知識產權的國產化大化肥工藝技術，2009 年中國石油啟動45/80 國產大化肥項目重大科研專項開發，研發自主知識產權的合成氨、尿素工藝包，并建設了中國石油寧夏石化公司第三套化肥裝置，合成氨裝置生產能力1 500 t/d，尿素裝置生產能力2 640 t/d，全部關鍵設備實現國產化。其中尿素裝置高壓氨泵是首臺國產化高速高壓多級離心式高壓氨泵，其作用為合成送來的液氨，通過高壓氨泵從2.5 MPa 加壓到17.9 MPa，注入高壓噴射器，然后進入高壓甲銨冷凝器頂部。泵的主要性能參數（見表1）。

該泵主泵外缸采用徑向剖分，內缸采用水平剖分的形式，有10 級葉輪，對稱分布，采用滑動軸承。配套油站和水站，水站主要是給機封供密封水。本文將對其試車運行過程中出現的問題歸納總結，分析探討，給出有效的處理措施。

1 原因分析

1.1 驅動端振值高聯鎖跳車

1.1.1 泵汽化引起的振值高聯鎖 引起驅動端振值高的原因有很多，本文主要分析解決工藝介質引起的原因，氨泵設計液氨的入口溫度在15 ℃～35 ℃，一般溫度都會控制在20 ℃左右，在開車過程中，啟動氨泵用的入口緩沖罐的是常溫液氨，后續的液氨是由合成冷凍送過來的液氨，如果合成冷凍送過來的液氨沒有進行加熱，液氨溫度會在-15 ℃左右，低溫液氨遇見常溫液氨混合進入氨泵的瞬間，汽化嚴重，造成振值高聯鎖跳車。

1.1.2 泵體內進入鐵銹雜質引起的振值高聯鎖 高壓氨泵冬季停車，入口緩沖罐里積存液氨，入口閥關閉，泵體內液氨排空并氮氣置換，來年開春組織裝置開車，啟泵前引氨合格，啟動泵時，驅動端振值高報，4 min 后緊接著高聯鎖停車。主要原因是氨泵入口管線為低溫碳鋼管線，冬季停車后仍然有鐵銹，引氨時鐵銹進入泵體內，因泵體內轉子與定子間的間隙非常小，原設計最大在0.40 mm，啟泵時造成泵驅動端振值高聯鎖跳車。

表1 高壓甲銨離心泵主要性能參數

1.2 推力瓦副瓦溫度偏高

高壓氨泵第一次檢修回裝完試車，運行30 min，推力瓦副瓦溫度持續上升達87 ℃，停車檢查確認，副瓦有接觸，工作竄量正常，再次起泵試車，推力瓦副瓦溫度仍然偏高，持續上升。

1.3 徑向瓦溫度偏高

高壓氨泵第一次原始試車，泵運行工況平穩，各振值、位移均較低，其他軸承溫度都在67 ℃左右，但自由端徑向瓦溫度較高85 ℃，拆檢自由端軸承箱，徑向瓦塊有磨出的紋路，未見雜質。起泵前潤滑油樣已經進行了化驗分析，各指標均在合格范圍內。

1.4 機封密封水帶液氨

高壓氨泵備用泵密封水壓力調試合格，密封水泵出口壓力2.7 MPa，引氨合格，但在備用過程中突然密封水帶氨，不斷增大，造成密封水槽憋壓，最終密封水槽內積存大量液氨。

2 處理措施

2.1 汽化引起的驅動端振值高聯鎖跳車的處理措施

對于合成冷凍系統送往尿素界區的液氨（設計溫度15 ℃～35 ℃），在開車啟動前明確提出工藝指標要求，如果液氨溫度不在指標范圍內，應推遲啟動氨泵，嚴格按設計工藝指標輸送液氨，再啟動高壓氨泵。在高壓氨泵正常運行過程中，更應該時刻監控入口液氨溫度，不能超出設計范圍，以防止泵汽化造成燒損。另外，高壓氨泵啟動前入口壓力須滿足22.0 MPa～25.0 MPa，低于22.0 MPa 啟動時也會發生汽化，造成振值高聯鎖跳車。

圖1 泵外缸喉部襯套A 抱死情況

2.2 泵內進入鐵銹雜質引起的振值高聯鎖的處理措施

高壓氨泵最初為了考慮效率和運行穩定性，對于轉子與定子的間隙給的都非常小，但現場運行時工藝介質并不是非常干凈，很容易因介質夾帶雜質造成泵燒損。分析對比以后，將軸與喉部襯套A 之間的間隙由0.40 mm 放大到0.70 mm，將軸與喉部襯套B 之間的間隙由0.35 mm 放大到0.65 mm，葉輪口環間隙由0.35 mm 放大到0.55 mm，以防止此處因雜質出現抱死的情況（見圖1、圖2）。同時應保證，軸與中間襯套的間隙最大不能超過0.45 mm，軸與平衡軸套的間隙不能超過0.48 mm，否則會引起軸向力大小和方向發生變化，造成泵不能穩定運行。

2.3 推力瓦副瓦溫度偏高的處理措施

推力瓦正常運行工作竄量在0.25 mm～0.35 mm 范圍內，正常運行副瓦不會與推力盤接觸，推力瓦副瓦溫度高，排除數據誤指示和潤滑油的因素，就只有泵缸體內部有密封不嚴泄漏，轉子軸向力方向發生了變化，有以下幾個點需要檢查確認：（1）泵入口壓力是否在22.0 MPa～25.0 MPa，壓力偏低會引起泵軸向力向副推力瓦方向增大；（2）中間襯套的間隙要求在0.38 mm～0.42 mm，如果偏大，會影響軸向力向副瓦方向增大；（3）平衡軸套的間隙要求在0.38 mm～0.45 mm，且平衡軸套外徑，外徑尺寸變化會影響軸向力，外徑尺寸偏大軸向力向主推力瓦方向增大，外徑尺寸偏小軸向力向副推力瓦方向增大；（4）泵大蓋與內殼體襯套之間的O形圈是否完好，若此處密封失效，軸向力會向副推力瓦增大；（5）內缸端面的鋼包墊壓縮量是否達到1 mm～1.5 mm，若壓縮量偏小，會造成泵出口向入口泄漏，泵內部打循環，軸向力會波動。

圖2 泵軸與喉部襯套A 抱死情況

圖3 潤滑油管線內焊口夾渣嚴重

2.4 徑向瓦溫度偏高的處理措施

徑向瓦溫度偏高，應檢查轉子半抬量是否在0.24 mm～0.28 mm 范圍內，檢查徑向瓦工作間隙是否在0.10 mm～0.15 mm，紅丹檢查徑向瓦與軸的接觸情況，接觸面是否在75 %以上，用壓鉛絲法檢查徑向瓦背預緊力過盈0.03 mm 以內，是否過大。如果以上數據不在范圍內，需進一步拆檢維修。檢查確認潤滑油分析指標是否合格，潤滑油管路所有焊口是否去毛刺、氬弧焊打底，是否經過嚴格的酸洗。在試車過程中出現過部分潤滑油管路沒有嚴格的去毛刺、氬弧焊打底（見圖3），沒有酸洗造成徑向瓦溫度偏高，瓦面有磨出的紋路。檢查軸承箱體內油路是否有堵塞，是否有內漏，檢修過程中發現因鑄造缺陷，軸承箱體內鑄造油路有內漏的情況（見圖4），進入徑向瓦的潤滑油壓和油量都會減小，極難發現。

2.5 機械密封密封水帶氨的處理措施

圖4 軸承座油路有內漏缺陷

氨泵主泵機械密封水系統建立以后，密封水泵出口壓力調至2.65 MPa～2.75 MPa，打開泵體機械密封內漏檢查確認管線是否有水排出，如果此時有水，則可判定機械密封向泵體內漏水，必要時更換機械密封。如果內漏管線檢查沒有水排出，則機械密封完好。此時主泵體可以引氨。引氨合格以后，需注意控制密封水槽液位，密封水管路漏點，保持密封水泵出口壓力穩定，如果密封水泵出口壓力低于2.5 MPa，機械密封就有可能往密封水側漏液氨。一旦密封水帶液氨，應立即關閉主泵進、口閥門及平衡管線閥門（如果是運行泵，應立即倒泵，然后再進行排氨），將主泵切出、排氨。并將密封水系統打排放處理，置換干凈后重新建立密封水系統，重新進行主泵引氨工作。

3 結語

國產化大化肥尿素裝置的國產化高壓氨泵，前期試車運行中雖然故障率較高，但經過積極組織分析原因，不斷的探索改進，現階段已經改進、消除了諸多影響高壓氨泵穩定運行的因素，既提高了高壓氨泵的檢修運行周期，又保障了裝置的穩定進行，為國產化大化肥裝置關鍵設備的國產化推廣，做出了巨大的貢獻。