《卧式多级离心式高压氨泵在大尿素装置中的应用.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卧式多级离心式高压氨泵在大尿素装置中的应用.pdf（5页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、? 李海英 (中石化股份公司九江分公司化肥厂 332004) ?介绍卧式多级离心式高压氨泵及泵用干气密封首次应用于大化肥氨气提法尿素装置的情况。对试 车中遇到的干气密封频繁损坏、 轴振动、 泵输出量逐渐下降等原因进行了系统分析。通过多次改造,达到了长周 期运转的目的,填补了该泵种在国内外应用的空白。 ? 离心式高压氨泵 干气密封 应用 故障分析 改造 我厂从意大利Snamprogetti公司引进的年产 52万t氨气提法尿素装置中采用了意大利Nuovo Pignone公司制造的卧式多级离心式高压氨泵。 它是Nuovo Pignone公司为氨气提法尿素工艺开发 的一种大流量、 大功率、 高压力、
2、高转速的离心泵, 在氨气提法尿素生产装置上的应用在国内外尚属 首次,干气密封用于这种工况的泵也属首例。 2台泵 (1 开1备)在顺利通过了以液氨为介 质的单机试车后,于1996年10月1日正式投入 联动试车运行,分别运行10及245 min后因密封 泄漏严重、 振动大而联锁跳车,被迫轮流抢修。在 投料初期的2个月内,A、B两泵累计开停车23 次,共运行207 h。其间更换密封8次,泵整体拆 装3次,但投用率仅14 %。经分析故障主要表现 为干气密封频繁泄漏、 轴振动大、 泵输出能力下 降。因2台氨泵无法连续运转,整个化肥装置处 于频繁的开停车状态,给工厂造成了严重的经济 损失。 至1998年3
3、月止,经过多次改造,2台泵目前 已可满足系统长周期运行的需要。在改造完成后 的运行中,没有因氨泵故障造成停车的记录。 1? 泵型号为4X10 - DDHF - 10 ,筒形结构,转子 置于水平剖分的内缸体中。10个叶轮均分为2 组,采用背靠背结构。2. 2 MPa、40 的氨从驱动 端一侧的叶轮进入,经5级叶轮加压后,通过内缸 体上的连通管进入非驱动端的第6级叶轮,再经 610级叶轮增压至22. 5 MPa后由泵中部排出, 输送能力达115 m3/ h。泵的转速为7 500 r/ min , 功率为1 150 kW ,通过膜片式联轴器与齿轮箱联 接。内缸与泵壳端盖间由热补偿垫片进行密封。 ?1
4、? 泵两侧的轴密封采用英国John Crane公司生 产的T28VL型双密封面的串联式干气密封。动 环材质为SS410 + WC ,静环用石墨环。以液氨及 氮气作密封介质,具有输送介质不受密封介质污 染的特点。液氨(图1中A侧)经迷宫密封减压至 1.7 MPa ,一部分排至V - 105液氨贮槽内(图1中 33 第28卷 化肥工业 第2期 B) ,另一部分经过泵汲螺旋轮进入密封室内。泵 汲螺旋轮利用反向旋转的特性,一方面用来减少 大量介质进入密封室,另一方面降低密封腔内的 压力。外密封面的密封介质为氮气(图1中F) , 两密封面间泄漏的氨和氮排出(图1中 E) 至T - 104密闭排放罐内。
5、2? 2.1 干气密封频繁泄漏的原因分析 (1)工艺介质中夹带机械杂质 干气密封的工作原理为:泵静止时,动、 静环 在弹簧力作用下相接触,保证静态密封;泵启动 时,由于动环表面上的一系列对数螺线槽作用,介 质顺着螺线槽向内流动至密封堰处压力增大,同 时液氨在动、 静环间高速旋转的摩擦热的作用下 变为气态氨,使动静环分离产生约3m间隙,此 时密封堰处气膜的压力与弹簧力和流体静压力相 平衡。当工况发生变动使动、 静环间隙减小时,由 于螺线槽密封堰的作用,气膜压力将增大,从而保 持动、 静环分开状态;反之,当动、 静环间隙增大 时,气膜压力将变小,使动、 静环处于一个新的动 态平衡中,确保了动、 静
6、环的非接触状态,从而实 现干气密封的长寿命、 长周期运转特点。 在合成氨装置投产初期,氨合成采用铁系催 化剂。在反应初期,会带出一些细小的催化剂粉 末。新安装的管道由于吹扫、 冲洗的不彻底也会 带出一些杂质。虽然在氨进入尿素界区设有40 m的过滤器,但密封解体后,发现表面沉积有大 量铁锈粉。对其进行电子显微分析,颗粒在30 300m之间,证明此过滤器的精度满足不了干气 密封的介质精度要求。由于有大于3m以上的 颗粒进入动、 静密封面间,使动环表面的螺线槽磨 损,无法形成气膜,引起密封失效。 (2)工艺介质中夹带甲铵成份 在氨气提法尿素工艺中,绐终存在一部分回 流氨,并有少量甲铵夹带其间。甲铵有
7、较强的腐 蚀性,一方面其结晶体进入密封面后会使密封失 效,另一方面密封件材料因不抗甲铵腐蚀,也会使 密封失效。对沉积在密封表面的垢层用X射线 进行散射分析,发现含有Cr 79.75 % ,Fe 16. 85 % , Mn 2.47 % ,以及Ca、S、Si微量。垢层中Cr主要来 自动环基体腐蚀。垢层中无Ni、W成份,这表明 产物不是来自硬质合金层。对动环进行电子显微 镜扫描分析,显示基体与复层间有分离现象。基 体腐蚀使复层产生起皮现象,由于动、 静环间间隙 较小,起皮将使动、 静环发生摩擦,从而使密封失 效。 设计选材时,没有考虑有甲铵成份,所以选用 的基体材料SS410不耐甲铵腐蚀。 (3)
8、 O形密封环材料使用有误 选用的O形密封环在液氨中发生蠕变,使密 封失效。 (4)引入干气密封的过滤氨压力不足 针对液氨较脏会使密封损坏的情况,增加了 密封外冲洗系统,即从泵入口引入一部分氨,先经 过6m过滤器再进入密封室的外侧(图1中C 口 ) , 该压力(2. 2 MPa)大于泵体内经密封套减压 后的压力(1. 7 MPa)。改造后投入运行仅6. 3 h 就因密封泄漏严重而停车。从拆检情况看,滤芯 已胀破。为此,在6m过滤器前串联了1组5m 过滤器,再次投运10. 7 h ,又因密封压差高停车。 拆检发现滤芯完好,但密封面已磨损,表面仍然有 铁锈沉积物。 经分析后认为,引入密封处的冲洗氨由
9、于先 经过过滤器,进入密封室时压力已低于或接近1. 7 MPa ,无法阻挡工艺氨进入密封室,所以使密封 室处于有杂质的液氨环境中。 2.2 轴振动大的原因分析 频谱分析表明,振动的主要频率为1倍频。 结合拆检的情况分析,振动主要由以下方面引起。 (1)轴系对中及轴与壳体不同心 复查泵与齿轮箱的对中情况,与要求值相比: 水平相差0.28 mm ,垂直相差0.25 mm。从B泵拆 检后半周磨损的迹象分析,转子的回转中心与壳 体几何中心存在偏心情况。这种情况的振动表现 与不平衡引起的振动相似。 (2)泵进出口管道的影响 与泵连接的管道采用固定支撑,在运行中因 受热胀冷缩的影响,管道的伸长收缩无余地,
10、因而 对泵施加的应力过大,使泵体发生移位,引起对中 超差。 (3)轴刚度的影响 经拆检发现3根转子在运行后跳动值均超 差,分别为0.23、0. 29和5. 00 mm ,校正后经运行 43 第28卷 化肥工业 第2期 ? 其跳动值再次超差。用普洛尔法对轴进行刚度核 算得知:当间隙为2倍的API标准间隙时,第一临 界转速为9 720 r/ min ,满足API标准要求。但其 转速与运行转速余度不大,在受到摩擦等外力后, 抗变形能力不足,轴颈偏细。另一方面热处理不 当使轴发生时效作用产生弯曲。 (4)工艺介质中杂质的影响 工艺介质中的大颗粒杂质进入叶轮与壳体间 的耐磨环时,因此处间隙小,首先在入口
11、侧引起磨 损及卡涩,使轴振动值超差,并引起轴变形,导致 跳动值超差。 2.3 泵输出能力下降的原因分析 从解体内缸的腐蚀部位及情况分析,造成此 现象主要由以下原因引起。 (1)内缸材料的影响 内缸为A352LCB碳钢材料,当氨中夹带甲铵 时,甲铵对碳钢有较强的腐蚀作用。耐磨环为 AISI316STELLITED不锈钢材料,对甲铵有良好的 耐蚀作用。因而腐蚀在内缸中发生,而耐磨环完 好。 (2)泵端盖内的热补偿垫片压缩量的影响 从内缸腐蚀的部位及流体冲刷的痕迹分析, 夹带甲铵的液氨进入中分面缝隙产生缝隙腐蚀, 并伴有高压侧向低压侧高速流动对中分面产生冲 刷的现象,至使缝隙逐渐变大。 为验证此现象
12、,在泵出口侧管口处用百分表 监测内缸及端盖回装情况,并在Nuovo Pignone的 工作车间对内缸进行了模拟加载试验,证实当热 补偿垫片压缩值高于15 %以上时,内缸中分面产 生内张口现象。此前的回装值为25 % ,必然造成 内缸中分面产生缝隙。 (3)内缸结合部位硬度值的影响 经检测,内缸结合部位硬度值小于140 HB , 表面偏软,不耐流体冲刷。 3? 3.1 对干气密封及系统的改造 (1)将密封冲洗口由C改为 D( 见图1) ,使过 滤后的氨直接引入动、 静环处,在泵汲螺旋轮的反 向旋转作用下进一步增压,抵制泵中工艺氨侵入 密封室中,确保干气密封处于干净介质环境中。 (2)通过对过滤器
13、的4次改造,使过滤器容 积增加了40倍,过滤精度由6m改为2.5m。 (3)将密封回流氨管线加大1倍,回流口改 在较低压力处(E- 107入口)排放,从而达到增大 回流氨的目的。 (4)将泵汲螺旋轮间隙放大0.20 mm ,以减轻 螺旋轮的磨损。 (5)将动环材料改为整体碳化硅,其抗甲铵 的化学腐蚀性较碳化钨强,而且强度和耐磨性也 高于碳化钨,可增强抗腐蚀及磨损的能力。 (6) O形密封环改用乙丙橡胶,同时直径缩 小1 mm。 (7)将尿素界区的氨过滤器过滤精度由40 m提高到10m ,以减少介质中杂物进入泵内。 (8)泵入口管增加200目锥形过滤网,并加 装差压报警装置,以截留入口碳钢管生成
14、的铁锈 及系统产生的甲铵结晶体等杂物。 3.2 轴的改造 (1)将叶轮处轴颈加粗7 mm ,干气密封处轴 颈加粗2 mm ,轴承处轴颈保持不变。 (2)严格控制叶轮组装时的加热温度,避免 叶轮内侧过热产生塑性变形。 (3)将中间轴套及轴端两侧轴套由迷宫形改 为光滑形,同时间隙增大0. 10 mm ,使轴套起一个 辅助轴承的作用,提高轴的刚度。 (4)叶轮与壳体耐磨环间隙放大0. 100. 15 mm ,并增加了耐磨环的硬度,以提高叶轮与口环 的抗咬合能力。 (5)改善管道支撑条件,将固定支撑改为滑 动支撑结构。 (6)回装中严格控制转子在壳体、 填料函、 轴 承中的同心度,确保同心良好,并进行
15、良好的轴系 对中调整。 3.3 对内缸的改造 (1)采用ASTMA352GR. CA6NM mod铬合金 钢替代碳钢,以提高内缸抗甲铵腐蚀的能力。 (2)调整泵体端盖内的热补偿垫片的数量, 使垫片的压缩量控制在垫片厚度的15 % ,以保证 内缸中分面在运行中始终处于紧密的贴合状态。 (3)将内缸结合部位的硬度提高了160 HB , 增强内缸体抗流体冲刷的能力。 4? 53 第28卷 化肥工业 第2期 高压(22 MPa)、 高转速(7 500 r/ min)、 大流量 (115 m3 / h) 、 大功率(1 150 kW)的卧式多级离心式 高压氨泵以及干气密封系统系首次应用于氨气提 法尿素的
16、生产工艺中,在试车运行中暴露出的诸 多问题,经改造后3年多的运行,表明新的高压氨 泵运行可靠,可满足装置长周期运行的需要,填补 了国内外使用的空白。 卧式多级离心泵与常规使用的往复泵和立式 高速(21 000 r/ min)离心泵相比较,具有运行平 稳、 运行周期长、 检修维护量小、 维护费用低等许 多优点,是大工业生产用泵的发展方向。 (收稿日期 2000 - 07 - 26) ? 安阳化学工业集团公司新系统(年产合成氨 12万t、 尿素24万 t) 于1999年1月投产后,由于 饱和塔自控液位计问题,使系统长时间处于不稳 定运行状态。 1 存在的问题 该液位计(图 1) 属差压式,具体工艺
17、参数如 表1所示。 ?1? 项目参数 型号1751DP4S12M1B3D1 本体材质碳钢镀镉 液位范围(mm)250700 隔离介质水 隔离介质密度(kg/ m3)1 000 测量范围(Pa)04 172 迁移范围(Pa)- 11 683 刻度范围 (0 % 100 %)- 11 683- 7 511 ?1? 1.导压管 2.隔离罐 3.变送器 (1)该液位计的导压管和变送器发生堵塞是 导致液位计失灵的主要原因。 (2)为防止导压管在冬季发生冻结,导压管 上有伴热管。但由于伴热管的存在,极易在导压 管或隔离罐内产生气泡,使液位指示出现大幅度 波动而无法指导操作。 (3)每次开车前,均需向隔离罐
18、内重新罐水, 不利于开车的顺利进行。 (4)该液位计的测量范围太小。当现场玻璃 液位计指示正常液位时,该液位计指示液位可能 已是满液位或空液位,不利于生产操作。 2 改造措施 (1)借用脱碳工段一分离器上的双法兰式差 压变送器液位计,在原液位计导压管开口处开 DN80的孔,自制短节法兰。 (2)将液位计的测量范围扩大至1400 mm。 改造后的液位计(图 2) 参数如表2所示。 ?2? 项目参数 型号1151DP4S22S2M1B3Q4 本体材质316SST 液位范围(mm)01 400 隔离介质硅油 隔离介质密度(kg/ m3)934 测量范围(Pa)012 978 迁移范围(Pa)- 13
19、 076 刻度范围 (0 % 100 %)- 13 076- 98 ?2? 1.毛细管 2.法兰式测量头 3.变送器 3 改造后的效果 (1)由于新液位计导压系统为膜盒、 毛细管 和测压室组成的封闭系统,被测介质不进入毛细 管和变送器,因此彻底解决了堵塞问题。 (2)新液位计不需要伴热管,杜绝了液位计 指示值大幅度波动的现象。 (3)开车时不再需要重新填充隔离液。 (安阳化学工业集团公司合成氨车间 455133 杨瑞华 李 敏) 63 第28卷 化肥工业 第2期 ? K eywords yellow phosphorus dearsenification industrial experi2
20、ment Influence of Organo2Potash Fertilizers and Amino Acid2Complexed Micronutrient Fertilizers on Yield and Quality Effect of Flue2Cured Tobacco Fan Yaoting , Ruan Boyang, Wang Wenzhou et al. Abstract A study is made of the influence of organo2potashfertiliz2 ers as base manures and for foliar dress
21、ing and amino2acid micronutrient fertilizers with rare earth elements for foliage dressing on the phytological properties and photosynthesis of the tobacco plant and the yield , output value and quality of the tobacco leaves. The experimental results indicate that, when organo2potash fertilizers are
22、 used as base manure and are sprayed as foliar fertilizers during vegetation and amino2acid micronutrient fertilizers with rare earth elements are usedfor foliar dressing during matu2 rity , the yield and output value of the tobacco leaves can be increased by over 10 % , and the potassium content an
23、d qualityof the leaves are greatly improved. K eywords organo2potash fertilizers rare earth elements amino2 acid micronutrients flue2cured tobacco Study of Dissolving2out Behavior of Calcium from Potassium2Calcium Fertilizer Zhu Yunqin , Feng Yuegang , Liao Minge et al. Abstract A study is made of t
24、he dissolving2out behavior of calcium from a potassium2calcium fertilizer under different conditions through ex2 perimentation , thus providing a basisfor the use of the potassium2calcium fertilizer. K eywords potassium2calcium fertilizer calcium oxide dissolv2 ing2out behavior Use of Horizontal Mul
25、ti2Stage High2Pressure Centrifugal Ammonia Pumps in Large Urea Units Li Haiying Abstract A presentation is given on the use for the first time of the horizontal multi2stage high2pressure centrifugal ammonia pump and dry2gas seals for pumps in the large urea unit based on the ammonia stripping pro2 c
26、ess. A systematic analysis is made of the causes for the frequent damage of dry2gas seals , axle vibration and gradual decrease in pump delivery en2 countered during the test run. After several renovations , the objective of long2term operation is achieved , and the gaps of the use at home and abroa
27、d of this type of pump are filled. K eywords high2pressure centrifugal pump dry2gas seals use trouble shooting renovation Measures of Technical Renovation in G asification Section Wang Guoxiang , Zou Hong , Feng Wenmei and Wang Jie Abstract A description is given of several effective measures and ad
28、vanced technologies for the technical renovation of the gasification sec2 tion , with emphasis on the energy conservation process of continuous run2 ning of the gasification system designed to make gas intermittently. It is pointed out that automatic control is an effective measure for increase in c
29、apacity and decrease in consumption. K eywords gasification technical renovation measures energy saving Development of Model TH L - I Grate for ?3 600 Coal G asifier Xu Yongzheng Abstract On the basis of the summing2up of the problems in the grate for the?3 600 gasifier , the Model THL - I?3 600 gra
30、te has been designed and developed , thereby solving effectively the problems in the o2 riginal grate and obtaining good results in production and use. K eywords grate structure development Technical Renovation by Elimination of Balancing Stage from 4M20 Hydrogen2Nitrogen Compressor Ge Xiumin , Shen
31、g Guangzhen and Jiang Hua Abstract The renovation is presented by the elimination of the bal2 ancing stage from the 4M20 compressor extensively used in the small2scale nitrogenous fertilizer plants at present. After the renovation the output is increased, the production is stabilized , and satisfact
32、ory results are ob2 tained. K eywords hydrogen2nitrogen compressor technical renovation Development and Use of Technology for New Type of Formed Coal Wang Lijun Abstract With the binder , strength and ash fusion point as techni2 cally difficult points , a technological processfor a new type of forme
33、d coal has been developed through study for several years. This formed coal can be used in the production of chemical fertilizers or as coal for boilers and for civil use and is an effective route for the utilization of coal and coke fines , clean2up of the environment and full utilization of the re
34、sources. K eywords formed coal binder development use Selection of Dust Collectors in Phosphatic and Compound Fertilizer Plants Li Hongri and Yu Liegen Abstract By comparison of the bag dust filter with the cyclone dust collector in design and actual operation it is suggested that the phosphatic and
35、 compound fertilizer plants should replace the bag dust filter with the cyclone dust collector in line with the characteristic that the dust is liable to absorb moisture. K eywords phosphatic and compound fertilizers dust collectors selection 06 JOURNAL OF THE CHEMICAL FERTILIZER INDUSTRY Vol. 28 No. 2 2001(Serial No. 164)