高壓甲銨泵機(jī)封故障原因及改進(jìn)措施

楊 林，劉博強(qiáng)，趙興國(guó)

(中國(guó)石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司，四川 成都 610000)

高壓甲銨泵是尿素裝置的關(guān)鍵設(shè)備之一，能將中壓吸收塔回收的甲銨液送到高壓系統(tǒng)，維持尿素合成塔反應(yīng)水碳比平衡，保證尿素高壓系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。某石化公司將高壓甲銨泵由原柱塞式改為離心式，采用的離心泵為國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)制造的8級(jí)中速筒形離心泵，型號(hào)為SDT-100-120。其主要設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 高壓甲銨泵技術(shù)參數(shù)

高壓甲銨泵組的主要設(shè)備有高壓甲銨泵、前置泵、增速機(jī)、電動(dòng)機(jī)、泵組潤(rùn)滑油系統(tǒng)、泵組機(jī)封沖洗水系統(tǒng)、泵組自動(dòng)控制和監(jiān)控設(shè)備等。高壓甲銨泵結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其主要結(jié)構(gòu)特點(diǎn)如下：①內(nèi)殼體為軸向剖分中心對(duì)稱雙蝸殼形式，流量小、揚(yáng)程高、流道狹窄、鑄造難度大；②轉(zhuǎn)子為雙支撐結(jié)構(gòu)，8級(jí)葉輪背對(duì)背對(duì)稱布置，軸向力自平衡；③采用軸向剖分內(nèi)殼體和口環(huán)，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡后可整體安裝；④采用雙殼體結(jié)構(gòu)，適宜輸送高溫、高壓的危險(xiǎn)性介質(zhì)；⑤徑向軸承采用可傾瓦結(jié)構(gòu)，推力軸承采用菲舍爾結(jié)構(gòu)。

1 高壓甲銨泵機(jī)械密封

高壓甲銨泵機(jī)械密封采用國(guó)內(nèi)廠家制造的單端面集裝式機(jī)械密封，型號(hào)為CM02B-100-C082。機(jī)械密封輔助沖洗系統(tǒng)采用API682 PLAN32(見(jiàn)圖2)，為甲銨泵和前置泵提供脫鹽水，并對(duì)各個(gè)機(jī)封進(jìn)行冷卻沖洗。沖洗水系統(tǒng)包括機(jī)封沖洗水泵(一用一備)、沖洗水箱、過(guò)濾器、控制閥門、控制儀表等。沖洗水壓力為2.55MPa(g)，流量為20L/min。

圖1 甲銨泵結(jié)構(gòu)示意

圖2 PLAN32 示意注：FI—流量計(jì)；PI—壓力計(jì)；TI—溫度計(jì)

2 甲銨泵運(yùn)行狀況

該泵安裝完成并進(jìn)行單試和運(yùn)行期間，機(jī)械密封及其沖洗系統(tǒng)有下列問(wèn)題。

(1)甲銨泵用蒸汽冷凝液進(jìn)行單試，運(yùn)行前沖洗水壓力為1.0 MPa(g)，前置泵入口壓力為0.40 MPa(g)，在啟動(dòng)運(yùn)行5min后，因主泵的驅(qū)動(dòng)側(cè)機(jī)械密封出現(xiàn)較大泄漏，手動(dòng)緊急停泵。 經(jīng)拆檢機(jī)械密封發(fā)現(xiàn)：機(jī)械密封的密封面有輕微的磨損；補(bǔ)償彈簧均有斷裂的現(xiàn)象(見(jiàn)圖3)；靜環(huán)的防轉(zhuǎn)銷有不同程度的磨損且斷裂了兩根；解體泵體發(fā)現(xiàn)低壓側(cè)節(jié)流套與軸套黏死(見(jiàn)圖3)，主軸處損傷，各級(jí)葉輪口環(huán)均磨損，遂決定更換主軸及各級(jí)密封環(huán)，返廠進(jìn)行維修安裝。

圖3 機(jī)械密封和泵軸上零部件損壞情況

(2)甲銨泵密封水系統(tǒng)泵自啟動(dòng)試驗(yàn)正常，但啟動(dòng)后由于出口單向閥卡澀，造成密封水系統(tǒng)無(wú)法運(yùn)行，更換出口單向閥后再投用。

(3)密封水泵自啟動(dòng)聯(lián)鎖不動(dòng)作，經(jīng)儀表人員整改后，運(yùn)行正常。

(4)密封水系統(tǒng)各個(gè)法蘭密封墊不符合規(guī)格，啟動(dòng)前逐個(gè)進(jìn)行了更換。

(5)密封水泵為柱塞泵，出口壓力波動(dòng)大時(shí)易造成壓力表?yè)p壞，單向閥組件使用周期短，每臺(tái)水泵運(yùn)行兩周后必須對(duì)單向閥進(jìn)行拆檢。

3 原因分析

(1)通過(guò)拆檢驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封發(fā)現(xiàn)，機(jī)械密封動(dòng)環(huán)由定位銷直接固定在軸套上。經(jīng)分析認(rèn)為，機(jī)械密封材質(zhì)是碳化硅，屬于易碎材質(zhì)，不能承受太大作用力，泵在高速旋轉(zhuǎn)中，此時(shí)定位銷處產(chǎn)生的離心力直接作用在機(jī)械密封動(dòng)環(huán)上，使動(dòng)環(huán)定位銷處產(chǎn)生裂紋，隨著裂紋的發(fā)展擴(kuò)大，最終造成動(dòng)環(huán)破碎。通過(guò)查閱甲銨泵設(shè)計(jì)圖紙，平衡轂與節(jié)流套之間間隙為0.40mm，機(jī)械密封摩擦副靠近節(jié)流套，動(dòng)環(huán)破碎使整個(gè)密封腔體磨損抱死，造成節(jié)流套、各級(jí)葉輪口環(huán)的磨損，甚至導(dǎo)致泵軸損壞。

(2)密封沖洗水系統(tǒng)是廠家外購(gòu)配套設(shè)備，其質(zhì)量差會(huì)造成密封水系統(tǒng)運(yùn)行中出現(xiàn)諸多小問(wèn)題。

4 處理措施

(1)針對(duì)機(jī)械密封摩擦副損壞的問(wèn)題，進(jìn)行動(dòng)環(huán)定位改造。通過(guò)對(duì)機(jī)械密封損壞原因進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)引起動(dòng)環(huán)損壞的原因是因?yàn)槎ㄎ讳N直接作用在動(dòng)環(huán)上，而動(dòng)環(huán)材質(zhì)碳化硅屬于易碎性材質(zhì)。因此，對(duì)動(dòng)環(huán)定位進(jìn)行改造，避免動(dòng)環(huán)發(fā)生破碎，從而避免因機(jī)械密封摩擦副破裂造成泵體振動(dòng)、泵軸偏離中心位置造成轉(zhuǎn)子件和定子件磨損等問(wèn)題。

采取將動(dòng)環(huán)鑲嵌在鋼座內(nèi)，動(dòng)環(huán)與鋼座之間為三面接觸，通過(guò)鋼座與定位銷連接，從而避免定位銷直接作用在動(dòng)環(huán)上，這樣就成功將動(dòng)環(huán)所受定位銷的作用力由點(diǎn)擴(kuò)散成面，使動(dòng)環(huán)受力均勻，不會(huì)因?yàn)槟骋稽c(diǎn)受力較大而造成碳化硅碎裂。動(dòng)環(huán)定位改造前后對(duì)比見(jiàn)圖4。

圖4 動(dòng)環(huán)定位改造前后對(duì)比示意

(2)針對(duì)密封沖洗水系統(tǒng)質(zhì)量差產(chǎn)生的小問(wèn)題，通過(guò)廠家和平時(shí)整改解決。

(3)針對(duì)密封水泵出口壓力波動(dòng)大造成壓力表、單向閥損壞的問(wèn)題，決定擇機(jī)更換密封水泵，由柱塞泵更換為離心式泵，延長(zhǎng)該泵運(yùn)行時(shí)間。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)機(jī)械密封和沖洗水系統(tǒng)的改造，高壓甲銨泵在運(yùn)行中沒(méi)有再發(fā)生因機(jī)封泄漏而引發(fā)的次生事故，高壓甲銨泵能夠滿足生產(chǎn)的需要，本次解決問(wèn)題的成功經(jīng)驗(yàn)也能為同類型離心泵提供借鑒。