新酸泵打量不足且電流高的原因分析及處理

冶云飛，閆軍紅，王黎黎

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

寧夏石化公司16×104t/a 烷基化裝置，采用硫酸法碳四烷基化技術，以醚后碳四為原料，在硫酸催化作用下，發生烷基化反應生產烷基化油，濃硫酸通過新酸泵（P-701AB）從新酸罐（V-701）底部抽出，增壓后一路去烷基化反應器（R-201A/B）和反應產物酸洗罐（D-401），一路回流至V-701。兩條流程均設有調節閥，需根據硫酸需求進行流量調節。新酸泵工藝流程局部簡圖（見圖1），R-201A/B 運行工藝參數（見表1）。

圖1 新酸泵工藝流程局部簡圖

表1 反應器（R-201A/B）運行工藝參數

新酸泵是臥式、單級單吸懸臂式離心泵，新酸泵葉輪結構形式為開式葉輪，葉輪、泵殼、泵蓋和泵軸等零部件材質為904 L，通過變頻器來控制電機和泵的轉速進而控制泵出口流量和壓力，泵出口管線材質為316 L。泵適合輸送含少量固體顆粒（＜10%），化學上呈中性或腐蝕性液體。適用溫度范圍從-80 ℃至450 ℃，泵蓋設計有水冷卻腔，以使用于高溫介質的輸送，設計參數（見表2）。

表2 新酸泵的設計參數

1 問題的出現

2021 年11 月在檢修中發現泵的葉輪腐蝕嚴重，更換隨機采購的新葉輪后，啟動運行1 min，泵的運行電流升至120 A 并過載跳車，在查找原因無果后，根據泵的性能曲線圖和葉輪切割定律：當d/D＞0.9 時，近似有葉片出口的安置角β 相等，此時液流在葉道出口處的速度三角形在葉輪切割前后是近似相等的，且由蘇爾壽公式d/D=q/Q，h/H=（d/D）2，n/N=（d/D）3，（以Q、D、H、N 分別表示葉輪切割前泵的流量、葉輪外徑、揚程、軸功率；q、d、h、n 分別表示葉輪切割后泵的流量、葉輪外徑、揚程、軸功率）它表明低比轉速泵，在葉輪外徑被切割量不大時，切割前后泵的流量和揚程與葉輪外徑的平方成正比變化，軸功率與葉輪外徑的三次方成正比變化，泵的效率也可近似認為不變，選擇在葉輪直徑方向上將外圓切割掉28 mm（原來葉輪直徑為￠280 mm，切割后葉輪直徑為￠252 mm），由d/D=q/Q 可得：

質量流量qm=1.08×1.835=1.981 8 t/h（98%的硫酸密度為1.835 kg/m3）可滿足正常生產時所需的流量1.9 t/h。

改造后再次投入試用，泵出口流量仍然無法滿足正常使用，且泵啟動運行2 min 時泵殼溫度升至110 ℃，緩慢升高泵運行頻率（泵啟動后運行頻率自動升至20 Hz，30～50 Hz 為手動調節頻率范圍），當泵運行15 min運行頻率達到40 Hz、出口流量達到1.4 t/h 時，泵運行電流達到91 A 并跳車。運行狀況泵啟動運行頻率、流量表（見表3）。

表3 泵啟動運行參數表

2 原因分析

2.1 泵殼腐蝕影響

泵在運行過程中，硫酸對泵殼產生腐蝕及沖刷腐蝕使泵殼內表面形成弧狀凹型面（見圖2）。葉輪頂與泵殼之間的頂葉間隙增大，大量的硫酸在泵殼內部形成高速渦流，使電機旋轉的動能大部分轉化為介質的熱能，出現泵殼發熱、不打量、電機電流高的現象[1-3]。

圖2 產生腐蝕的泵殼

2.2 新葉輪葉片角度影響

新葉輪葉片角度為15°，舊葉輪葉片角度為20°，通過對新、舊葉輪葉片與后蓋板角度對比分析，發現新葉輪安裝到原來的泵殼上頂葉間隙只有局部點能滿足，導致葉輪在旋轉時，大部分介質在泵殼內形成邊緣脫離層，無法被葉輪升壓后甩出泵殼，只在泵殼內旋轉回流，葉輪重復對介質做功，導致泵出口流量下降、出口壓力低和泵體發熱。

2.3 工藝操作影響

工藝人員未根據烷基化反應器對硫酸的需求及時調節好新酸泵的運行頻率，通過關小管線調節閥閥位來降低流量，導致泵殼及出口管線內部憋壓、溫度升高，加劇了設備內部渦流形成和腐蝕。從而降低葉輪效率，增大葉輪負荷，使泵運行電流升高。

2.4 檢修確認不到位

為了給裝置造成較小的影響，檢修時搶時間、趕進度，既沒有對泵殼進行拆除測量也沒有對新葉輪尺寸進行核對，對開式葉輪的檢修缺乏足夠的經驗。

3 處理措施

拆除泵殼，對泵殼內部腐蝕部位進行補焊[4]，焊接工藝參數（見表4），補焊時為防止泵殼受熱變形，將泵殼整體浸泡在水中。

表4 泵殼焊接工藝參數

泵殼焊接注意事項如下：

（1）焊接時應采用小電流、低電壓、窄焊道快速焊。

（2）打底焊時為保證與根部熔合良好，焊縫不能太厚，收弧時要成緩坡形，熄弧時應填滿弧坑。

（3）如出現收縮孔或者弧坑裂紋，必須采用磨光機磨掉重新焊接。

（4）因904 L 熱裂紋敏感性較強，多層焊接時必須控制層間溫度不得大于60 ℃。

（5）為加快焊縫冷卻速度，可采用水進行強制冷卻（實際焊接過程采用工裝、水中焊接）。

補焊后根據新酸泵新葉輪的葉片角度為15°，將泵殼內表面加工成與之相應的角度15°，同時確保補焊層厚度滿足要求，保持泵殼厚度沒有減薄。

組裝葉輪泵殼，頂葉間隙和背葉間隙偏大和偏小就會降低機泵運行效率、改變軸功率、影響電機運行電流。通過調整泵止口墊的厚度，將泵的頂葉間隙、背葉輪間隙均調整在0.9 mm 后，整體在現場安裝試用（見圖3）。

圖3 現場安裝圖

4 效果評價

檢修完成后，通過3 個多月的運行和觀察，泵的出口壓力保持在0.6～0.65 MPa，出口流量保持在1.9～2.0 t/h，電機運行頻率保持在35～36 Hz，運行電流保持在40～46 A，泵殼溫度穩定在30～40 ℃，具體運行參數（見表5），滿足正常生產所需。同時該泵運行頻率升至滿負荷運行頻率50 Hz 時，運行電流53 A，泵殼溫度39 ℃，狀態良好。

表5 運行參數表

5 結語

本次通過對腐蝕泵殼進行補焊加工修復，同時根據開式葉輪葉片的角度，把泵殼內表面加工成與之等角度的內表面，并且通過調整泵蓋止口墊的厚度使頂葉間隙、背葉間隙保持在0.9 mm，從檢修后的運行狀況觀察，效果良好。不僅為新泵的采購創造了充足的時間，有效消除了影響裝置穩定運行的瓶頸，而且為今后開式葉輪泵及泵殼腐蝕的檢修積累了寶貴經驗。