張金龍 張箭飛 林海(神華新疆化工有限公司， 新疆 烏魯木齊 831400)

設(shè)備運維

過氧化物泵故障分析及處理

張金龍 張箭飛 林海(神華新疆化工有限公司， 新疆 烏魯木齊 831400)

過氧化物泵是國內(nèi)某新建27萬噸/年高壓低密度聚乙烯裝置的核心設(shè)備之一。作為該裝置聚合反應(yīng)的引發(fā)劑注入泵，自開工以來，已多次出現(xiàn)問題，嚴(yán)重造成裝置停車，損失巨大。本文通過研究設(shè)備工作原理及結(jié)構(gòu)，對故障問題進(jìn)行深入分析，提出解決措施，從而保證設(shè)備安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運行。

過氧化物注入泵;故障;措施

國內(nèi)某新建27萬噸/年高壓低密度聚乙烯裝置，引進(jìn)德國巴塞爾(Basell)公司Lupotech TS高壓管式法工藝技術(shù)，該技術(shù)以乙烯為原料，丙醛或丙烯作為調(diào)整劑，以過氧化物為引發(fā)劑，采用單點進(jìn)料4段反應(yīng)聚合方式，在250～310MPa高壓狀態(tài)下生產(chǎn)低密度聚乙烯均聚產(chǎn)品。主要包括工藝單元有：乙烯壓縮、調(diào)節(jié)劑注入、引發(fā)劑配制和注入、聚合、高壓分離和循環(huán)系統(tǒng)、低壓分離和循環(huán)系統(tǒng)、擠出和造粒系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)(脫氣、風(fēng)送)等。裝置由德國伍德(UHDE)工程公司承擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)計和超高壓部分的詳細(xì)設(shè)計，中國昆侖工程公司大慶分公司(DPEC)負(fù)責(zé)詳細(xì)設(shè)計。裝置設(shè)計年操作時間為7600小時，平均小時產(chǎn)量為35.5噸/小時，引進(jìn)牌多達(dá)19種，包括高透明膜、收縮膜、冷凍膜、農(nóng)膜、電纜料、注塑料、涂覆料、發(fā)泡料等[1]。

引發(fā)劑配制注入系統(tǒng)肩負(fù)著將配置好的過氧化物注入到反應(yīng)器從而引發(fā)反應(yīng)的重任，然而自開工以來，數(shù)次出現(xiàn)因過氧化物注入泵故障導(dǎo)致裝置停車，如何及時、準(zhǔn)確判斷處理過氧化物泵及系統(tǒng)故障、提前預(yù)防故障發(fā)生，成為保證裝置長周期運行關(guān)鍵，本文對過氧化物泵結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行研究，并對出現(xiàn)的常見故障進(jìn)行簡要分析，提出預(yù)防、解決措施。

1 過氧化物泵概述、設(shè)備參數(shù)、結(jié)構(gòu)原理

1.1 過氧化物泵概述

過氧化物注入泵采購德國Uhde公司制造的高壓柱塞泵，該系統(tǒng)共有6臺泵，其中P1～P4四臺泵分別注入至反應(yīng)器R1-R4，注入壓力分別控制在260MPa、250 MPa 、235MPa 、220MPa左右， P5泵為反應(yīng)器注入管線和管嘴沖洗；P8為四臺注入泵備用泵。每臺泵設(shè)有獨立的液壓油驅(qū)動泵，用于驅(qū)動2臺高壓柱塞泵，每臺泵配有一套潤滑油系統(tǒng)。

1.2 過氧化物泵參數(shù)

設(shè)備位號 ：P1、P5、P8

P5 溶劑油沖洗泵P8 備用泵技術(shù)參數(shù)描述 數(shù)值 單位流量 0.08 m3/h最大工作壓力 320 MPa設(shè)計溫度 80 ℃柱塞直徑 14 mm沖程長度 120 mm設(shè)備位號 設(shè)備名稱 型號P1 過氧化物注入泵HP2303-SO

沖程頻率 43 min-1主驅(qū)動電機(jī)功率 18.5 kW油箱容積 390 L液壓油溫度 40～60 L

設(shè)備位號 ：P2、P3、P4

P3 過氧化物注入泵P4 過氧化物注入泵技術(shù)參數(shù)描述 數(shù)值 單位流量 0.04 m3/h最大工作壓力 320 MPa設(shè)計溫度 80 ℃柱塞直徑 10 mm沖程長度 120 mm沖程頻率 43 min-1主驅(qū)動電機(jī)功率 11 kW油箱容積 390 L液壓油溫度 40～60 L設(shè)備位號 設(shè)備名稱 型號P2 過氧化物注入泵HP3002

1.3 過氧化物注入泵工作原理

1.3.1 過氧化物泵結(jié)構(gòu)組成

過氧化物注入泵為液壓油驅(qū)動的雙作用柱塞泵，通過液壓油驅(qū)動柱塞作往復(fù)運動實現(xiàn)過氧化物介質(zhì)的吸入和排出。主要由油箱、液壓油泵，2臺高壓柱塞泵(1號泵和2號泵)、潤滑油系統(tǒng)、液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)等組成。

1.3.2 工作原理

過氧化物泵控制系統(tǒng)如圖3所示，換向閥XV1控制在用(1號泵)和備用(2號泵)柱塞泵之間切換；換向閥XV2、XV3分別控制1號和2號柱塞泵往復(fù)運動換向。以1號泵為在用泵，2號泵為備用泵，液壓油泵(斜軸泵)將液壓油升壓到5MPa左右，通過換向閥XV1、XV2將油送入柱塞泵液壓油缸推動活塞移動，活塞帶動柱塞往復(fù)運動，通過出入口單向閥使過氧化物吸入和排出[3]。系統(tǒng)3為液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)，控制壓力為2MPa左右，可切換過濾器保證系統(tǒng)液壓油潔凈度，通過冷卻器使系統(tǒng)油溫保持在40℃左右。液壓油泵出口設(shè)有溢流閥PVR1保護(hù)系統(tǒng)不會超壓。當(dāng)在用柱塞泵1號泵出現(xiàn)故障，可通過換向閥XV1切換到備用泵，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運行。

圖1 過氧化物泵整體外形

圖2 過氧化物泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)

圖3 過氧化物注入泵原理圖

2 常見故障分析及采取措施

2.1 液壓油管線連接螺母泄壓孔漏油

2.1.1 故障現(xiàn)象

過氧化物泵P1001在運行過程中，液壓油從螺母泄壓孔(圖4)中大量泄漏，過氧化物泵因油位低聯(lián)鎖停車。2.1.2 故障原因

造成液壓油從螺母泄壓孔內(nèi)泄漏原因主要有以下兩點。

(1)由于泵出口壓力大高達(dá)260MPa，液壓油驅(qū)動柱塞往復(fù)運動，導(dǎo)致泵體振動較大，長時間振動導(dǎo)致液壓油管線螺母松動，致使液壓油從螺母泄壓孔內(nèi)泄漏。

(2)螺母內(nèi)密封圈老化受損，無法有效密封，導(dǎo)致液壓油泄漏。

2.1.3 預(yù)防措施

(1)定期檢查液壓油管螺母有無松動，進(jìn)行緊固。

(2)緊固螺母內(nèi)O型密封圈使用壽命為2年，定期更換O型圈，避免因密封圈失效造成液壓油泄漏。

2.2 過氧化物泵填料泄漏

2.2.1 故障現(xiàn)象

過氧化物泵柱塞桿密封為填料密封，填料外側(cè)配有專門用于潤滑填料的潤滑油注入口，且在泵運行時，潤滑油從填料壓蓋處流出(圖5)，每4～5秒滴一滴。開工運行一段時間后，過氧化物泵填料壓蓋處泄漏出現(xiàn)增大情況，至使無法滿足泵出口壓力、流量要求。

圖4 液壓油管線連接螺母

圖5 過氧化物泵柱塞填料壓蓋

2.2.2 故障原因：

高壓填料結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要由導(dǎo)向環(huán)227、壓力環(huán)226、中間環(huán)225、V型填料環(huán)224、支撐環(huán)223組成，其中支撐環(huán)223為銅合金材質(zhì)，V型填料環(huán)224為RCH1000材料[2]。當(dāng)柱塞泵運行過氧化物受壓排出時，高壓填料組件受壓，中間環(huán)225、V型填料環(huán)224變形后分別與柱塞和液壓缸緊密接觸實現(xiàn)密封，同時壓力環(huán)226受徑向力向外擴(kuò)張，直徑有增變大，過氧化物吸入時填料組件受力消除恢復(fù)原狀，在泵運轉(zhuǎn)過程中，壓力環(huán)226頻繁擴(kuò)張、復(fù)位，最終導(dǎo)致壓力環(huán)疲勞受損(圖7壓力環(huán)受損)，整套填料組件失去密封作用。

導(dǎo)致過氧化物泵填料泄漏的其他原因有：潤滑油注入不良，填料磨損，無法進(jìn)行有效密封；填料壓蓋松動，致使填料無法進(jìn)行有效密封；未按照起泵要求操作，導(dǎo)致填料組件加速受損。

根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)，過氧化物泵填料壽命至少為4000小時，剛開工一個月就出現(xiàn)填料泄漏，基本排除填料失效原因。經(jīng)過排查，潤滑油系統(tǒng)注入正常，現(xiàn)場檢查填料壓緊螺母松動，導(dǎo)致填料組件無法形成有效密封，為泄漏主要原因。若泵在后續(xù)運行過程中再次出現(xiàn)泄漏，且緊固填料壓蓋到最大值，也無法消除泄漏，說明填料組件已失效，需更換填料。2.2.3 采取措施

圖6 高壓填料組件

圖7 填料密封組件受損

(1)填料壓蓋松動導(dǎo)致泄漏，利用過氧化物專用工具緊固填料壓緊螺母，需注意壓緊螺母緊固最大行進(jìn)距離為1mm，緊固太緊將損壞填料或減低填料使用壽命。

(2)加強(qiáng)對填料潤滑監(jiān)控，現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)潤滑油流量計轉(zhuǎn)子不動，立即檢查潤滑情況，必要時切換泵頭維修。

(3)按照操作規(guī)程起泵，更換新填料或設(shè)備長時間停運，起泵后在無壓力情況下運行至少1分鐘，然后依次按照500bar、1000bar、1500bar…幾個階段緩慢升壓。不能直接升壓到工作壓力，否則導(dǎo)致填料泄漏或加快填料磨損。

(4)統(tǒng)計柱塞填料的使用壽命，設(shè)備正常運轉(zhuǎn)填料使用壽命在180天，定期更換填料，這樣可以避免因填料失效而造成泵失效。

2.3 過氧化物增壓泵柱塞不動作，導(dǎo)致過氧化物出口無流量、壓力。

2.3.1 故障描述

過氧化物泵運行過程中，出現(xiàn)泵出口流量、壓力降低情況，并導(dǎo)致聚合反應(yīng)溫度大幅度降低，無法滿足聚合反應(yīng)，現(xiàn)場查看為柱塞動作頻率緩慢，且柱塞行程未達(dá)到規(guī)定沖程長度，嚴(yán)重時柱塞運行到一側(cè)后將停止動作，此時，液壓油泵出口壓力從正常5MPa升高到7.5MPa。

2.3.2 故障原因

過氧化物泵柱塞不動作，主要原因為液壓油系統(tǒng)故障，可能出現(xiàn)部位有：換向閥XV2、XV3出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；液壓開關(guān)閥XV4出現(xiàn)故障，導(dǎo)致?lián)Q向閥XV2、XV3無法有效動作，液壓油無法流動泄壓。

圖8 過氧化物柱塞泵液壓開關(guān)閥

通過各專業(yè)現(xiàn)場檢查，發(fā)現(xiàn)液壓開關(guān)閥XV4動作故障。如圖8所示，液壓開關(guān)閥XV4上部的控制活塞1在在執(zhí)行桿2及彈簧機(jī)構(gòu)作用下來回動作，工作沖程5mm，通過開關(guān)液壓油(2MPa)驅(qū)動換向閥XV2、XV3更換閥位，進(jìn)而改變液壓油(6MPa)進(jìn)柱塞泵油缸方向，驅(qū)動柱塞往復(fù)運動，經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)，柱塞泵左側(cè)執(zhí)行桿2上下擺動正常，液壓開關(guān)閥上部控制活塞1能夠滿沖程動作，而柱塞泵右側(cè)執(zhí)行桿2未有效動作，控制活塞1也沒有5mm沖程?，F(xiàn)場通過對執(zhí)行桿2檢查，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行桿根部插銷與執(zhí)行桿已粘結(jié)在一起，執(zhí)行桿無法有效擺動，導(dǎo)致控制活塞1無法上下運行，最終導(dǎo)致油路不通，柱塞無法正常動作。

2.3.3 采取措施

對執(zhí)行桿根部插銷3進(jìn)行打磨處理，并涂抹潤滑脂，保證執(zhí)行桿能夠輕松轉(zhuǎn)動，定期手動檢查執(zhí)行桿轉(zhuǎn)動情況，發(fā)現(xiàn)卡澀、不動作等情況及時處理。

2.4 液壓油油溫太高。

2.4.1 問題描述

過氧化物泵運行過程中，液壓油溫度超過操作值40℃，甚至達(dá)到60℃。2.4.2 故障原因

換熱器無冷卻介質(zhì)或者流量不足；換熱器溫度控制閥設(shè)置太低；換熱器堵塞，換熱效率降低。2.4.3 采取措施

檢查冷卻水來回水是否通暢，清理冷卻水過濾器，檢查冷卻水來水溫度、壓力是否正常；檢查換熱器溫度控制閥設(shè)定位置，并調(diào)至最大位置；檢查換熱器是否堵塞，關(guān)閉冷卻水來水閥，打開來水線閥后導(dǎo)淋，對換熱器進(jìn)行反沖洗去除雜物，正常情況每6個月對換熱器進(jìn)行清理。

3 結(jié)論

過氧化物注入泵作為高壓聚乙烯裝置的重要設(shè)備，自開工投產(chǎn)以來，隨著各系統(tǒng)運行出現(xiàn)各種故障，本文深入研究設(shè)備結(jié)構(gòu)原理，多方面分析故障原因，制定相應(yīng)措施，不僅有效降低了該設(shè)備故障率，延長其使用壽命，而且為裝置安全、平穩(wěn)、長周期運行奠定堅實基礎(chǔ)。

[1]高壓聚乙烯裝置技術(shù)規(guī)程.

[2]Uhde HIGH-PRESSURE INITIATOR INJECTION PUMP for operation and maintenance[M].

[3]張箭飛.氧化物注入泵故障簡析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013，(17).

張金龍(1988- )，男，漢，甘肅平?jīng)鋈耍髮W(xué)本科，助理工程師。