聚甲醛裝置化工屏蔽泵的維護

潘愛庶

（國家能源集團寧夏煤業有限責任公司甲醇分公司，寧夏銀川 750409）

0 引言

國家能源集團寧夏煤業有限責任公司甲醇分公司的6 萬噸/年聚甲醛項目，采用共聚甲醛技術，利用精甲醇作為原料生產共聚甲醛，共聚甲醛主要由三聚甲醛和其他單體共聚制備。質量分數為60%～70%的甲醛，在濃硫酸或陽離子交換樹脂催化下得到三聚甲醛并精制為99%三聚甲醛，然后與少量共聚單體二氧戊環在路易斯酸存在條件下開環聚合為共聚甲醛，再加入抗氧劑等助劑，造粒成共聚甲醛產品。在聚甲醛生產過程中存在甲醇、甲醛、三聚甲醛、二氧戊環等多種危險化學品，其中三聚甲醛凝固點較高，常溫下為固體，反應用高濃度甲醛在低溫下易發生聚合反應，生成多聚甲醛固體。裝置在設計之初，大量采用屏蔽泵輸送介質，數量達154 臺，其中通用設備占比49.8%，屏蔽泵的維護對聚甲醛裝置穩定運行有著重要的意義。

1 屏蔽泵的結構特點

屏蔽泵是一種集泵和電機于一體的無泄漏離心泵，其電機轉子和泵葉輪固定在同一根軸上，通過電機定子提供旋轉磁場驅動轉子轉動，轉子帶動葉輪對輸送介質做功。定子和轉子同時被封閉在充滿介質的容器內，通過屏蔽套將充滿介質的轉子腔和定子隔離開，保護定子繞組和轉子免受介質的侵入?？紤]到定子、轉子屏蔽套的耐腐蝕要求和電機效率，屏蔽套一般選用耐腐蝕性好、強度高的非導磁材料，目前大多數屏蔽泵生產廠家屏蔽套選用哈氏合金。

屏蔽泵使用的滑動軸承需要介質在動環和靜環間形成液膜，以達到潤滑軸承和移除電機熱量的目的，根據循環方式不同，屏蔽泵分為正循環、逆循環、外循環三種。聚甲醛裝置屏蔽泵均采用正循環形式，主要結構包括泵體、葉輪、定子、轉子、泵軸、定距套、前端滑動軸承、滑動軸承組件、推力盤、后端滑動軸承、滑動軸承組件、輔助葉輪等部件（圖1）。

圖1 屏蔽泵結構示意

2 屏蔽泵在聚甲醛裝置應用現狀

由于屏蔽泵良好的密封性和其結構優勢，大量應用在聚甲醛裝置甲醛制備、除醇濃縮、三聚甲醛和二氧戊環工段中，用于甲醇、甲醛、三聚甲醛、二氧戊環等危險化學品的輸送。

屏蔽泵輸送介質凝點較高時，易結晶堵塞屏蔽泵內循環流道，所以聚甲醛裝置屏蔽泵和進、出口管線多采用夾套保溫設計，夾套內通入70 ℃或80 ℃的保溫熱水。

目前聚甲醛裝置中屏蔽泵的維護難點主要有以下兩個：

（1）在三聚甲醛反應工段中，高濃度甲醛單體對提升三聚甲醛反應轉化率有著促進作用，但同時高濃度甲醛又極易發生自聚，形成甲醛多聚物，堵塞屏蔽泵入口過濾器，造成滑動軸承潤滑效果下降，軸承干磨，導致其故障率增大，壽命降低。同時，頻繁啟停、清理過濾器，也會導致推力盤、滑動軸承加速磨損，給屏蔽泵的日常維護造成了很大困難。

（2）三聚甲醛裝置系統甲酸含量隨生產周期的延長而逐步在系統內部累積，腐蝕嚴重，也是聚甲醛生產過程中的行業難題。該裝置自2010 年原始開車至今，已運行12 年，目前裝置系統腐蝕問題集中暴露在C-220（三聚甲醛濃縮塔）、C-280（甲醛加壓回收塔）的部分管線及換熱器，在三聚甲醛反應工段、甲醛加壓濃縮工段、甲醛真空濃縮工段的屏蔽泵腐蝕情況也很嚴重，屏蔽泵內部零部件腐蝕松動后，極易造成軸向力失衡、配合間隙增大、零部件腐蝕脫落等問題。這些問題都會導致屏蔽套磨損破裂。屏蔽套制作、安裝、焊接工藝復雜，需要大量專用工具，只能外委專業維修公司進行維修，維修周期較長，一般在1 個月左右。在故障泵外委維修期間，裝置單泵運行，抗風險能力大大減弱。

綜上所述，聚甲醛裝置屏蔽泵維護難點主要有以下兩項：①防止三聚甲醛工段甲醛和三聚甲醛結晶后堵塞濾網和滑動軸承潤滑流道；②防止含甲酸介質長期腐蝕泵內零部件，造成屏蔽泵損壞，避免屏蔽泵返廠更換屏蔽套。

3 屏蔽泵的維修

屏蔽泵的維修可以參照SHS 03059—2003《石油化工設備維護檢修規程》的相關要求進行。此外，聚甲醛裝置屏蔽泵維修還應做好以下兩個方面的檢查工作。

3.1 機械檢查

（1）測量碳化硅軸承的孔徑和軸套的軸徑，并檢查配合面的光潔度。如碳化硅軸承和軸套的配合間隙超過檢修標準的規定（0.55～11 kW 配合間隙，直徑差為0.4 mm，15～45 kW 配合間隙，直徑差為0.5 mm）或配合面光潔度不良時，需根據情況更換新軸承、軸套或推力盤。

（2）測量葉輪的上、下外止口和與它們相配合的口環及泵座內徑的尺寸，檢查配合間隙是否在檢修標準規定的范圍內，超差時需更換零件或采取堆焊、鑲套的維修方式恢復間隙。否則將影響泵的性能、流量、揚程、軸向平衡力。一旦軸向力失衡，在運行過程中會出現異響和振動上漲，短時間即可造成前端或后端滑動軸承、推力盤損壞，嚴重時還會造成定子、轉子屏蔽泵套磨損破裂。

（3）檢查屏蔽板密封情況，并更換密封墊片。

（4）測量轉子各部跳動測量安裝葉輪位置軸的跳動和安裝軸承處軸的跳動量，要求不大于0.08 mm。

（5）檢查定子、轉子屏蔽套的表觀情況，尤其要注意焊縫處有無異常情況，必要時應作探傷、檢漏、打壓檢查。

（6）經過長期運行后，轉動部分的平衡情況可能有變化，造成泵振動上升。需將轉子連同葉輪等旋轉零件組裝在一起做動平衡試驗（表1）。

表1 屏蔽泵動平衡試驗要求

（7）檢查滑動軸承組件S-SIC 耐磨元件定位銷釘和組件定位螺釘的腐蝕情況，如果腐蝕過于嚴重，無法達到設計預緊力，在運行過程中容易造成突然脫落，異物進入屏蔽泵內循環流道內，會造成屏蔽套破損。

（8）要注意對前端軸承座、后端軸承配合位置進行檢查清理，配合面不得有毛刺、飛邊、氧化皮、銹蝕、灰塵、砂粒、油污和殘留密封膠，否則將影響屏蔽泵組裝后前后軸承的對中，造成振動異常、滑動軸承壽命下降。

（9）檢查葉輪輪轂、推力盤、定距套、后端滑動軸承墊片、轉子軸肩，所有軸向配合面，不能留有拆裝造成的高點或毛刺。

（10）組裝后測量葉輪裝前后的軸竄量，軸竄量控制在規定值內，如超出規定值可以通過車削定距套端面和在推力盤后方加裝調整墊片的方式實現。竄量調整要求如表2 所示。

表2 屏蔽泵竄量調整要求

3.2 電氣檢查

（1）直流電阻檢查要求三相電阻的不平衡度不得超過2%。

（2）絕緣電阻檢查，屏蔽泵電機繞組的絕緣電阻一般能達到100 MΩ 以上。如低于5 MΩ 時需分析原因，檢查絕緣是否受潮，屏蔽套是否有泄漏點。如果定子屏蔽套無問題，則屬于絕緣受潮，需進行干燥處理，干燥溫度設置要考慮電機繞組絕緣等級，一般H級干燥溫度為120 ℃。如果定子屏蔽套有缺陷則需返廠更換屏蔽套，并進一步對繞組進行檢查，根據檢查情況決定是否更換繞組。

（3）屏蔽泵電機繞組更換和普通電機相似，但絕緣等級較普通電機高，一般為H 級，最高允許工作溫度180 ℃。材料較普通電機也不相同，具體規格見表3。

表3 屏蔽泵電機繞組更換材料表

（4）更換繞組后的屏蔽泵正式運轉前，需要確定泵的正確轉向，反轉泵的壓力要低于正確轉向時泵的壓力，一般情況可以通過點動屏蔽泵觀察出口壓力或使用轉向儀，確定泵的正反轉。

4 屏蔽泵的日常維護

聚甲醛裝置屏蔽泵輸送介質有易腐蝕、易結晶、易堵塞的特性，在三聚甲醛工段中屏蔽泵故障率較高，經常出現輸送介質中含有固體顆粒、入口過濾器易發生堵塞，屏蔽泵啟停頻繁，推力盤、滑動軸承使用壽命短，介質腐蝕等問題，維護難度大且部分屏蔽泵維修周期較短。針對此類問題，聚甲醛裝置屏蔽泵日常維護應注意以下問題。

（1）嚴禁無液運轉和1 min 以上的斷流運轉，以防損壞電機和軸承。

（2）嚴禁逆向運行1 min 以上，逆向運行有可能導致軸承的異常磨損。

（3）嚴禁在氣蝕狀態下進行運轉，泵在氣蝕狀態下運行，將會導致軸承的早期磨損。

（4）要經常檢查TRG 表的指示，出現指示異常需要及時檢修。

（5）查看壓力指示情況，入口過濾器堵塞情況，必要時要清理。

（6）檢查運轉聲音、振動、泄漏等異常情況并要處理。

（7）要定期檢查保溫夾套水的暢通情況，確保泵的表面溫度不超過規定值。

（8）要調節出口閥確保其不超負荷運轉。

（9）停用后的屏蔽泵要及時用90 ℃熱水對屏蔽泵內介質進行沖洗置換，沖洗時間不少于5 min，防止介質存放時間過長凝結堵塞葉輪流道。

（10）定期檢查清理屏蔽泵入口過濾器，保證過濾器過濾精度（一般為40～50 目），避免因濾網腐蝕造成甲醛多聚物進入泵內，影響屏蔽泵運轉。

（11）對存在腐蝕的屏蔽泵備件及時排查，進行材料升級。

（12）分析屏蔽泵內零部件腐蝕速率和裝置運行周期，合理開展計劃檢修，避免失修造成屏蔽泵返廠大修。

（13）三聚甲醛精餾工段屏蔽泵雖故障率相對較低，但仍需每年進行一次計劃檢修，避免多聚合物堵塞軸承潤滑流道。

（14）屏蔽泵輸送介質黏度偏離設計值過大時會影響泵的軸向力，三聚甲醛在堿洗后需要對相關屏蔽泵及時進行計劃檢修。

（15）三聚甲醛反應濃縮工段、三聚甲醛精餾提純工段、甲醛加壓濃縮工段的屏蔽泵合理儲備備機，防止屏蔽泵返廠維修后對裝置生產造成影響。

5 結束語

聚甲醛裝置中，高濃度甲醛單體對提升三聚甲醛反應轉化率有著積極的作用，但同時高濃度甲醛又極易發生自聚，形成潤甲醛多聚物，堵塞屏蔽泵入口過濾器，造成滑動軸承滑效果下降、軸承干磨損壞率增大，給屏蔽泵的日常維護造成了很大困難。同時三聚甲醛裝置系統甲酸含量過高、系統腐蝕嚴重，也是聚甲醛生產過程中的行業難題，很多企業目前沒有很好的辦法降低系統甲酸腐蝕。本文僅從設備管理角度對聚甲醛裝置屏蔽泵的維護提出以上看法，其他行業屏蔽泵的使用和維護也可借鑒。在今后的工作中，需不斷對三聚甲醛反應濃縮體系、系統甲酸累積等問題不斷進行優化和摸索，從而提高屏蔽泵在聚甲醛裝置的運行效率、降低維護成本，為國產聚甲醛裝置的優化、提質、增效多做貢獻。