天然氣凈化裝置半貧液泵長周期運行技術探討

潘向東 韓榮學 王林松

（中國石油西南油氣田公司川東北作業分公司）

隨著社會的不斷進步和工業的持續發展，能源需求與日俱增，如何解決能源問題成為全世界關注的焦點。 在四川盆地具有豐富的天然氣資源，根據我國可持續發展戰略和環境保護國策的要求，高含硫天然氣清潔開采和凈化成為我國能源開發的主導方向之一［1］。近年來，在川東北地區下三疊統飛仙關組（T1f）儲層中發現高含硫化氫天然氣［2］，已發現了普光、羅家寨、渡口河及鐵山坡等高含硫化氫氣田，這些氣藏中硫化氫含量多占氣體組分的10%～15%［3］，其中普光和渡口河氣田硫化氫含量最高， 平均占氣體組分的16%左右，羅家寨和鐵山坡氣田硫化氫含量分別平均占各自氣體組分的12%和14%左右［4］。 硫化氫是一種有毒氣體，危害人體健康，能使多種催化劑中毒失活，并且是造成酸雨的主要原因之一；天然氣中酸性氣體的存在還會對管線、設備和儀表造成腐蝕。 商用和民用天然氣對硫化氫含量有嚴格的限制要求。 因此，作為天然氣凈化工藝的“龍頭”，脫硫脫碳工藝研究和改進得到了廣泛關注［5］。脫酸方法總體上可歸結為溶劑吸收法、膜分離法和變壓吸附法3 類，其中溶劑吸收法常用的有醇胺法、熱鉀堿法及砜胺法等［6］。半貧液砜胺溶液泵是天然氣砜胺法脫硫凈化裝置的核心轉動設備，但半貧液砜胺溶液泵投入使用后故障頻發且檢修難度大、修理費用高、檢修周期和進口備件采購周期較長， 嚴重影響了裝置的長周期運行。

1 半貧液砜胺溶液泵簡況

半貧液砜胺溶液泵 （簡稱半貧液泵或半貧泵）為SCOT 尾氣處理單元半貧溶液循環泵，主要工作流程是將SCOT 吸收塔產生的半貧溶液輸送至脫硫單元吸收塔。 某作業區凈化廠3 列裝置每列設計使用2 臺（一用一備） 半貧液泵， 共計6臺。 每列裝置A 泵為電機驅動、B 泵為蒸汽透平驅動，一般情況下電機泵為常備泵。

2 設備使用現狀

目前，半貧液泵（含電機驅動和透平驅動）共計6 臺，一套備件轉子（含主軸、葉輪及口環等）作為檢修備用， 截至2019 年11 月19 日裝置現場在用半貧液泵5 臺，外委檢修轉子3 套，其使用情況如下：

a. 1 列，P-070902-1A 運行正常；P-070902-1B機泵拆除，內部轉子部件整體外委檢修中，現場透平裝置解體檢修中。

b. 2 列，P-070902-2A 目前外方正在進行管道、聯軸器對中和管道清洗，P-070902-2A 泵正常停機后， 完好備機中；P-070902-2B 機泵拆除，內部轉子部件整體外委檢修后，現場透平泵運行正常。

c. 3 列，P-070902-3A 運行正常；P-070902-3B運行正常。

除上述1 列、2 列透平驅動泵轉子整體部件外委維修外，作為備件的1 套轉子也在維修檢查中。需要特別說明的是：裝置現有半貧液泵機泵6臺，單獨備用的轉子1 套，合計7 套轉子。 因電機驅動泵和蒸汽透平驅動泵機泵型號完全一致，內部轉子結構一致，因此可以互換使用。 通常外方在外委檢修過程中只是將內部轉子外送，而機殼部分并未外送（也存在泵殼整體外委的情況），所以其內部轉子與具體機泵位號并非完全一一對應。

2.1 檢修情況

近3 年半來，由于外方檢維修優良作業流程與中石油現有機泵檢修流程存在差異，且目前處于移交過渡階段， 檢修過程主要由外方主導，同時外方并沒有對相關檢修過程資料的收集提出具體的規范和要求，因此過往的檢修記錄也存在缺失或者不完整等情況，歷史檢修數據和外委檢修情況只能依托JDE（工單系統）和ARIBA 來統計，總的說來檢修比較頻繁（表1）。

表1 半貧液泵檢修情況

2.2 外委檢修程序

由于泵殼、 轉子及口環等受損零部件多、損壞嚴重，因此需要外送檢修。每次外送檢修需要6個月以上，配件采購在計劃下達后還需要6 個月以上。 外委維修過程一般遵循的流程為：發現問題后，受裝置現場檢修環境制約，外方通常將機泵整體拆卸， 轉運至檢修工房進行解體檢查，如果發現損壞較嚴重、 現有承包商不具備維修條件，外方會將受損轉子送至泵廠家進行系統拆檢分析，檢查完成后，廠家會向維護部反饋目前存在的問題，并對需要更換的零部件報價，經ARIBA 系統建立采購申請定單，最終完成批復、檢修和返廠。 目前外委的3 套轉子中的1 套待國外配件到貨后完成組裝，預計9 月初返廠；1 套處于報價審批階段；1 套處于檢查階段，暫未反饋檢查結果。

2.3 2019 年檢修情況

設備檢修費用較高，每臺次送外檢修費用在200 萬人民幣左右；2019 年送外檢修5 臺次，總費用超過1 000 萬人民幣。

2019 年1 月28 日夜班， 操作團隊多次啟動P-070902-1A 未果，啟泵后出口無壓力，在最后一次啟泵時電機電流過載跳車。29 日解體后發現泵殼、轉子受損嚴重，外方將泵殼、轉子一并送至鄭州SPX 公司外委檢修，4 月殼體檢修完成后返廠與現場備用轉子組裝后回裝P-070902-1A， 并試運恢復正常，同時受損轉子目前正處于維修組裝狀態，據廠家反饋預計9 月初返廠。

大修期間外方要求對1 列、2 列裝置蒸汽透平驅動機泵轉子進行檢查，7 月10 日，P-070902-1B 解體清洗檢查后未發現異常，外方要求組裝恢復后暫未回裝至現場， 作為機動備泵使用；P-070902-2B 解體清洗后發現轉子故障， 節流襯套組件被“咬死”，無法拆除，只能上車床破壞性拆除，由于維護部沒有做動平衡試驗的設備，已于8月10 日將轉子送往鄭州SPX 公司進行外委檢修，目前該套轉子的維修PR 訂單處于審批狀態，檢修時間預計6～8 個月。

8 月24 日，P-070902-1A 投行過程中出現聯鎖跳車，解體后發現轉子中部密封套和襯套磨損嚴重， 外方要求外送SPX 公司做進一步檢查，同時將7 月份裝好的備用泵回裝至P-070902-1A，試車運行后恢復正常。 受損轉子目前在廠家檢查中，暫未任何反饋信息。

3 原因分析

半貧液泵每次的檢維修或者外委維修，都嚴格遵循外方的作業流程，試運行前都具備合格運行條件，具備投運條件后再啟泵試車，并且保證運行各項參數正常后現場人員才會交付作業團隊； 同時由于該泵是國際知名公司的進口泵，本身質量好，加工和裝配精度高，泵的葉輪口環與泵體口環間隙和泵內各節流套組件間隙較小，半貧液介質填充在間隙間能起到很好的潤滑作用；但系統介質特別臟是造成泵故障率高的根本原因［7］，一是以前裝置大修沒有徹底進行清洗，二是在泵前進口管路中一旦有硬度高、顆粒大的雜質進入泵體各部分間隙內產生異常摩擦，容易導致表面發熱、磨損（圖1）甚至“咬死”，大幅縮短設備使用壽命。 該設備每次解體檢修和對該泵進、出口管道拆下清洗均能發現大量雜質，說明其運行工況極差。

圖1 軸套磨損情況

半貧液泵通常的啟動流程為［8］：首先進行回流運行，待各項運行參數正常后再切換到出口管線。 在回流和出口管路上分別設置兩個聯鎖閥YV-0994、YV-0993，而YV 閥動作只有全開、全關兩種狀態，考慮到該泵的循環流量較大（額定流量為212m3/h）， 如果切換操作不能平穩緩慢進行，容易造成回流和出口流量波動過大，可能造成瞬時抽空、出口無壓力等情況，從而容易導致機泵轉子磨損。

該泵檢修后其出口、回流管路會存在大量氣體，啟泵前應對該部分進行充分排氣，否則會導致泵壓力波動大、泵振動大，甚至出現干摩擦、導致配件損壞的情況。 2019 年開產對該泵投運前，維護部外方動設備專員與凈化廠員工一同對第3列裝置半貧液泵的排氣情況特別是回流管路進行檢查確認，啟運一次成功，到目前為止，振動測試狀況良好，各方面參數正常。

4 建議措施

結合設備的檢修情況和故障原因分析，提出改進建議措施如下：

a. 控制溶液雜質［9］。 改進生產系統，從根本上消除雜質的產生或者置換變質污染的溶液；徹底清洗塔、罐及管線等系統；加入分散劑，分解溶液內的固定雜質。

b. 改進過濾系統［10］。泵入口增設過濾精度滿足泵對介質清潔度要求的獨立過濾器（兩個過濾器可互相切換）； 同時增設入口過濾器壓差變送器，在DCS 設報警監控。

c. 增設回流閥［11］。 原系統只有兩個全開和全閉的YV 閥， 因此對出口和回流管線上增設三通機械自動回流閥，啟泵后自動回流；打開出口閥后回流緩慢切換至出口管線，減少流量波動。

d. 加強投運前檢查。 加強工藝管路流程（吸收塔液位、閥門開關狀態等）檢查；嚴格按照優良的啟停機操作程序操作。

e. 定期切換，備機保護。 建議每個月對備機進行倒車或實物料試車，對停機備機、入口管線及過濾器等進行清洗置換；采用脫鹽水或者清潔貧液對備機進行保護。

f. 充分排氣。 啟泵前對泵和入口管路進行充分排氣，避免泵內介質未充滿導致滑動軸承形成干摩擦、泵轉子振動使動靜零部件直接接觸的情況。

5 結束語

半貧液砜胺溶液泵投入使用后故障頻繁、檢修難度大、修理費用高、檢修周期和進口備件采購周期較長，是亟需解決的技術難題。 從設備技術狀況、工藝系統、操作運行及設備管理等多方面尋找制約半貧液泵長周期運行的瓶頸問題，并采取了一系列的技術措施，半貧液砜胺溶液泵在過去一年的運行中僅有一次解體檢修，故障頻率已經有所降低； 同時穩定運行周期也大幅提高，達到了提質增效的目的，為天然氣凈化裝置安穩長滿優運行奠定了堅實的基礎，希望可以為同類裝置半貧液砜胺溶液泵長周期運行帶來一定的幫助。