尿素裝置擴能改造后高壓甲銨泵常見故障原因分析及解決措施

張小偉 李明剛 申金金

摘 要：針對往復式高壓甲銨泵在進口溫度、組分發生變化后出現的故障進行原因分析，提出解決措施，實現了高壓甲銨泵及尿素裝置的長周期穩定運行。

關鍵詞：高壓甲銨泵;組合閥;柱塞填料;泄漏

高壓甲銨泵是尿素裝置的關鍵設備之一，是在生產中將回收系統回收的一定濃度的甲銨液返回到高壓系統，重新參與合成反應的主要設備。河南晉煤天慶煤化工有限責任公司原設計年產30萬噸尿素裝置，采用二氧化碳汽提工藝，將裝置進行了系統擴能改造，尿素產能提高到年產52萬噸尿素，由于擴能后的高壓甲銨泵進料溫度、壓力、組分發生改變，高壓甲銨泵在運行中頻繁出現故障，嚴重制約著尿素裝置的穩定運行，結合高壓甲銨泵的使用情況，對常見故障原因進行分析，并找到優化改進措施，實現了高壓甲銨泵及尿素裝置的長周期穩定運行。

1 高壓甲銨泵的結構原理及主要性能參數

1.1結構原理

高壓甲銨泵型號為3JA-16/16.6-TB，臥式三柱塞容積式往復泵，該泵由動力端和液力端組成，動力端由電機、減速箱、曲軸箱等組成;液力端由組合閥、填料、缸頭、密封水、安全閥等組成。泵液力端的過流元件采用耐酸不銹鋼制造，泵設計為連續運轉型，由電動機通過變頻器來實現變頻調速，帶動齒輪減速器傳動使泵的流量可進行無極調速。

1.2出廠性能參數

輸送介質：甲銨液，介質設計溫度：74-80℃;介質特性易結晶;流量Q：14-16m?/h;電動機功率：110kw;設計吸入壓力：0.415MPa（G），排除壓力：16.6MPa（G）;缸數：3;柱塞直徑：92mm，柱塞行程：160mm;容積系數：≤90%;泵效率：≤83%;泵速：79-90r/min;柱塞采用A4鋼材質;柱塞填料采用四氟芳綸材質;組合閥密封墊片采用尼龍材質。

2 高壓甲銨泵的應用現狀

2.1工藝條件

尿素裝置擴能改造后共有5臺高壓甲銨泵，正常4開1備，輸送介質溫度：96-99℃，比設計溫度升高約20℃;吸入壓力：1.7-1.8MPa（G）;

2.2運行狀況

尿素裝置擴能增加中壓系統后，高壓甲銨泵進料的甲銨液溫度、組分、壓力實際運行參數發生很大變化，高壓甲銨泵運行頻繁出現故障，運行周期只有15-30天，由于產能提高后甲銨泵需開四備一，運行中甲銨泵頻繁出現故障，給檢修帶來了很大的工作量，連續生產安全穩定運行帶來極大隱患。

3 高壓甲銨泵常見故障及原因分析

高壓甲銨泵運行期間，常見故障有泵不打量、打量小、失壓、柱塞填料泄漏嚴重等，分析其原因如下：

（1）高壓甲銨泵進料甲銨液組分影響。甲銨液的氨碳比低，CO2含量偏高，泵易氣化。

（2）柱塞填料耐高溫性、耐腐蝕性、耐磨性不夠。裝置擴能后高壓甲銨泵進料甲銨液溫度比原設計升高20℃左右，四氟芳綸填料與甲銨液接觸易老化變硬失去彈性，同時填料在柱塞運動產生的高溫中發生形變，致使填料失效泄漏。

（3）組合閥晃動。往復泵的固定壓蓋的螺栓在泵交變應力熱膨脹等作用下，經常出現微松動，在柱塞運行中，造成填料箱的微串動，組合閥在缸體內的微串動，以至于填料磨損泄漏，缸內磨損出縱向溝槽，密封圈失效高串低等等。

（4）柱塞抗磨性不夠。柱塞在高頻率往復運動中，柱塞表面涂層強度不夠、表面出現劃痕，填料縫隙慢慢變大造成填料泄漏，同時有缺陷的柱塞還會加劇對對填料的磨損。

（5）組合閥內密封墊片耐高溫性、耐腐蝕性不夠。原廠采用尼龍材質，在使用中發現尼龍密封墊片易老化變脆，失去塑性，組合閥與缸體的密封墊密封失效，出現“高竄低”現象，造成高壓甲銨泵打量偏小。

（6）組合閥內進入雜物。柱塞填料磨損后，導向套、壓環出現破損，破損后的碎物進入組合閥后造成高壓甲銨泵不上量。

4 優化改進措施

關小中壓系統加CO2閥，提高回收系統的氨碳比。

填料的材質選型進行改進。通過對甲銨液特性和使用時的填料溫度特性分析，填料需要滿足耐腐蝕性、耐高溫性、緊密性和耐磨性才能保證其使用效果，通過和多個廠家溝通配合最后采用由碳纖維內部填充石墨粉預壓成型制成的填料，碳纖維具有好的耐腐蝕性，高溫也不容易變性，填充的石墨材質具有良好的密封性和自潤滑性。

（3）柱塞的改進。通過多次試驗找到了一種可以激光熔覆在柱塞表面的陶瓷類材質，這種材質不僅抗磨抗腐蝕性強，還可以牢固的附著在柱塞表面不脫落。滿足生產的需要，柱塞運行300天時間表面仍十分光亮，使用時間大大加長。

（4）對組合閥密封墊片尼龍材質的改進。組合閥和填料函的端面密封墊改進為改性四氟，組合閥與高壓缸體間的密封墊片改用為PEEK的墊片，在強度、耐高溫、耐腐蝕性、抗老化性上遠勝尼龍材質，完全可滿足生產需要。

（5）改變組合閥壓蓋緊固形式。采用由8片專用蝶形彈簧組成的壓蓋形式對組合閥壓緊，既保證了組合閥和填料箱的穩固性，還有效保證了組合閥在缸體內的穩定性，避免了對缸體表面的磨損，大大提高了高壓甲銨泵的運行周期，為系統安全穩定運行提供了保障。

5 結語

往復式柱塞泵是化工生產企業常用的一種設備，河南晉煤天慶煤化工有限責任公司以高壓甲銨泵為例，結合實際運行情況，指出常見的故障及原因分析，并闡述了優化改進措施，高壓往復泵在生產中經常出現故障問題得到了有效遏制。

參考文獻：

[1]張紅偉，高壓甲銨泵填料破損原因分析與維護[J].河南化工，2012，（29）：37-39.

[2]馬海莉，高壓甲銨泵的穩定運行技術改造[J].江西化工，2013（3）：23-25.

作者簡介：

張小偉（1990.04-），男，漢，山西省高平市，大專，助理工程師，河南晉煤天慶煤化工有限責任公司，研究方向：設備管理。

（河南晉煤天慶煤化工有限責任公司，河南 焦作 454500）