高壓甲銨泵機械密封沖洗管線改造

劉 洋,張秀志

(新疆中能萬源化工有限公司， 新疆瑪納斯 832200)

新疆中能萬源化工有限公司尿素生產裝置于2015年6月試車，當年9月正式運行。尿素生產工藝采用氨汽提法[1]，由意大利斯納姆公司提供。該裝置中，高壓回收工序采用的甲銨泵，為日本荏原機電生產的高壓離心泵，其機械密封所需的沖洗水均來自系統中壓沖洗水泵(P110)換熱后的常溫水。根據運行狀況來看，由于中壓沖洗水泵(P110)故障、儀表調節閥故障等問題，導致沖洗水流量過低引起甲銨泵聯鎖跳車事故頻發。甲銨泵跳車不但會影響工藝，而且會損壞高轉速、大功率的設備，甚至導致系統停車。為此，公司組織設備技術攻關小組，對甲銨泵的機械密封沖洗管線進行改造。

1 改造前

改造前，高壓甲銨泵的機械密封沖洗水為系統冷凝液，由中壓沖洗水泵(P110)加壓，將管道內溫度為30～40 ℃的冷凝液作為機械密封沖洗水送到高壓甲銨泵(P102)。中壓沖洗水泵(P110)加壓后的系統冷凝液同時作為尿素泵房內其它離心泵機械密封的沖洗水。從2015年6月至2016年1月，因機械密封沖洗水波動導致高壓甲銨泵(P102)機械密封損壞共計6套，平均每月損壞1套。

2 改造思路

作為高壓系統回收核心設備之一的高壓甲銨泵(P102)，其機械密封的運行周期決定了該設備是否能穩定運行[2-4]。機械密封的頻繁損壞，主要由其本身的質量及機械密封沖洗水導致。但該機械密封的提供商是高壓甲銨泵配套的廠家，在國內外同類裝置中使用效果均良好，故先排除此因素。筆者從密封沖洗水作用及密封失效現象分析原因。

2.1 密封和潤滑作用及密封失效現象

密封腔內通入與介質相溶的液體，保持密封面之間有一層液膜，在起到潤滑作用的同時，防止高溫、有毒及貴重介質從泵體內泄漏；防止含有固體顆粒的介質漏入密封腔內，造成密封面磨損；防止易結晶的介質泄漏進密封腔內，冷卻后形成固體顆粒磨損密封面。機械密封損壞的主要形式為動環和靜環表面呈圓周溝槽且同心分布。

2.2 隔絕作用及密封失效現象

機械密封沖洗水經過機械密封連續不斷地進入泵體內，隔絕高溫介質的熱傳導，防止高溫介質進入密封腔內，導致動環、靜環及密封環因溫度過高而縮短使用壽命。機械密封損壞的主要形式為密封圈老化、動環和靜環破裂或腐蝕。

2.3 冷卻作用及密封失效現象

機械密封沖洗水不斷沖洗動環和靜環，降低其工作時產生的摩擦熱，防止因變形導致的機械密封泄漏。機械密封損壞的主要形式為機械密封動環和靜環變形，表面有過熱變色的現象。

損壞的機械密封動環和靜環破裂，其表面呈圓周溝槽且同心分布，見圖1。

圖1 機械密封動、靜環破裂

從圖2可以看出，動環和靜環表面有甲銨顆粒的存在。同時因中壓沖洗水泵(P110)加壓后的系統冷凝液也作為尿素泵房內其它離心泵機械密封的沖洗水，造成高壓甲銨泵(P102)機械密封沖洗水量不夠，較易引起機械密封沖洗水壓力波動或斷流。

圖2 機械密封損壞

3 技術方案

正常情況下由中壓沖洗水泵(P110)泵出來的中壓冷凝液通過調節閥進入沖洗水儲槽內。現在2臺甲銨泵旁增加1臺沖洗水儲槽、2臺柱塞式往復泵，設計示意圖見圖3。當中壓系統長時間無法補充液位時，首先，另一路管線電動閥會自動打開，根據遠傳液位計傳遞的信號補充脫鹽水到沖洗水儲槽，保證沖洗儲槽液位；接著，沖洗水儲槽里的水通過柱塞式往復泵提壓后，送到高壓甲銨泵(P102)機械密封處。沖洗水儲槽起到緩沖罐的作用，不會出現機械密封沖洗水波動或斷流現象。2臺柱塞式往復泵出口管線并為一條管線，可以互為備用。

圖3 設計示意圖

4 實施效果

此種帶獨立沖洗水泵的裝置在新疆中能萬源化工有限公司尿素甲銨泵沖洗系統已使用3年以上，其間高壓甲銨泵(P102)只更換過2次機械密封，系統運行穩定，管道無脈沖異常情況發生，工況穩定。

5 結語

(1) 獨立的機械密封沖洗系統，使甲銨泵沖洗水不會因外界沖洗水在操作、倒泵及其它因素作用下產生水量不夠的情況，避免了由此導致的聯鎖跳車事故。按每年減少1次系統停車計算，可節省系統停車和開車費共計20萬元左右。

(2) 柱塞式往復泵技術成熟、穩定，可以適應高壓甲銨泵進口壓力大幅度波動，有效保證機械密封沖洗水的穩定。

(3) 從使用情況看，該機械密封沖洗系統有極高的實用價值和廣闊的市場前景，為尿素裝置離心式甲銨泵、液氨泵機械密封的長周期穩定運行提供了新思路、新方法。