(山東華魯恒升化工股份有限公司，山東 德州 253024)

山東華魯恒升化工股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱華魯恒升)采用中國五環(huán)工程有限公司(以下簡(jiǎn)稱中國五環(huán))“高效低能耗改進(jìn)型尿素”新工藝，新建3 kt/d尿素裝置，于2018年5月3日一次性投料開車成功，當(dāng)月實(shí)現(xiàn)負(fù)荷90%以上穩(wěn)定生產(chǎn)，目前已連續(xù)滿負(fù)荷運(yùn)行，產(chǎn)品質(zhì)量?jī)?yōu)良，蒸汽消耗約0.75t/t-Ur，達(dá)到國際先進(jìn)水平。本工藝裝置采用多項(xiàng)新技術(shù)、新裝備，尤其是國產(chǎn)大型離心式高壓液氨泵、高壓甲銨泵的成功應(yīng)用，為尿素高端裝備國產(chǎn)化提供了操作實(shí)踐，為進(jìn)一步提升國產(chǎn)裝備競(jìng)爭(zhēng)力開創(chuàng)了有利局面。

1 高壓液氨泵及高壓甲銨泵簡(jiǎn)介

高壓液氨泵、高壓甲銨泵是尿素裝置的核心動(dòng)設(shè)備，由于操作工況特殊，之前多采用國產(chǎn)往復(fù)泵或進(jìn)口離心泵。由于往復(fù)泵輸送量小、流量脈動(dòng)大、易損件壽命短，而進(jìn)口離心泵因采購周期長(zhǎng)、采購費(fèi)用高、備品備件價(jià)格高、服務(wù)難以得到保證等缺點(diǎn)，成為制約尿素裝置大型化和自動(dòng)化水平提升的瓶頸。

高壓液氨泵將來自液氨緩沖槽壓力為2.0 MPa的原料液氨加壓至20 MPa，送至高壓甲銨噴射器，作為動(dòng)力源，將全凝反應(yīng)器出來的尿素和甲銨液送入合成塔進(jìn)一步反應(yīng)。高壓甲銨泵則是將中壓吸收塔的甲銨液送至高壓洗滌器，將高壓尾氣中的氨和二氧化碳予以回收。高壓液氨泵、高壓甲銨泵運(yùn)行的穩(wěn)定性直接決定了裝置能否長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

華魯恒升百萬噸尿素裝置高壓液氨泵、高壓甲銨泵均采用大連深藍(lán)生產(chǎn)的BB5雙殼體離心泵，外殼體為垂直剖分，內(nèi)殼體為水平剖分。根據(jù)液氨有毒有害、潤(rùn)滑性能差、易汽化的特點(diǎn)，高壓液氨泵的機(jī)械密封采用了集裝式雙端面背靠背結(jié)構(gòu)，沖洗方案為PLAN54。對(duì)于高壓液氨泵的機(jī)械密封，國內(nèi)的機(jī)封廠家均無長(zhǎng)周期運(yùn)行業(yè)績(jī)，為了找到最合適的廠家，配套機(jī)械密封采用了揚(yáng)州凱利公司生產(chǎn)，同時(shí)由四川日機(jī)提供了1套備用機(jī)封。

高壓甲銨泵輸送介質(zhì)為高濃度甲銨液，溫度低時(shí)容易結(jié)晶、腐蝕性強(qiáng)，泵體及轉(zhuǎn)子均采用雙相不銹鋼2205，泵殼采用夾套蒸汽保溫。機(jī)械密封設(shè)計(jì)為集裝式雙端面背靠背結(jié)構(gòu)機(jī)械密封，沖洗方案為PLAN32+PLAN54，由四川日機(jī)密封配套生產(chǎn)。高壓液氨泵及高壓甲銨泵的基本參數(shù)見表1。

表1 高壓液氨泵及高壓甲銨泵的基本參數(shù)

2 高壓液氨泵開車情況

2.1 開車過程

由于液氨的密度為0.6，比水小很多，配套電機(jī)功率無法滿足水試要求，故在主機(jī)廠試車時(shí)，用試驗(yàn)臺(tái)電機(jī)拖動(dòng)進(jìn)行水試，在現(xiàn)場(chǎng)則直接進(jìn)行物料試車。

2.2 開車中遇到的問題

2.2.1機(jī)械密封泄漏導(dǎo)致啟動(dòng)電流大跳車

按開車步驟進(jìn)行操作，高壓液氨泵反復(fù)出現(xiàn)啟動(dòng)3 s后跳車的現(xiàn)象，排查原因是由于啟動(dòng)電流高導(dǎo)致。經(jīng)與電氣工程師及主機(jī)廠技術(shù)工程師協(xié)商，將啟動(dòng)電流保護(hù)延時(shí)由10 s延長(zhǎng)到15 s，重新開車后，機(jī)組順利啟動(dòng)。

試車中發(fā)現(xiàn)高壓液氨泵的機(jī)械密封輔助系統(tǒng)PLAN54的水箱液位下降較快，通過計(jì)算發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封泄漏量100 kg/h。試車結(jié)束后，對(duì)集裝機(jī)械密封進(jìn)行了解體，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封的密封圈出現(xiàn)腐蝕溶脹現(xiàn)象，此為揚(yáng)州凱利公司配套的機(jī)械密封。與揚(yáng)州凱利公司溝通后，確定其集裝機(jī)械密封的密封圈材質(zhì)為四丙氟橡膠，而此材料在液氨介質(zhì)中會(huì)被腐蝕，從而導(dǎo)致機(jī)械密封失效，使機(jī)械密封輔助系統(tǒng)中的水大量泄漏到泵內(nèi)，泵內(nèi)介質(zhì)變?yōu)榘彼?。由于氨水密度遠(yuǎn)大于液氨密度，使泵負(fù)荷過大，導(dǎo)致啟泵時(shí)電機(jī)超電流，電機(jī)跳車。

對(duì)此與四川日機(jī)密封廠家專業(yè)技術(shù)人員充分交流后確定：液氨介質(zhì)中密封圈最佳材料應(yīng)使用Kalrez6375，四川日機(jī)提供的機(jī)械密封中密封圈材料即采用了此材質(zhì)。因此將2臺(tái)高壓液氨泵的機(jī)械密封全部更換為四川日機(jī)的產(chǎn)品，后續(xù)試車、開車一切順利。運(yùn)行至今，高壓液氨泵密封已平穩(wěn)運(yùn)行6個(gè)多月，機(jī)械密封未出現(xiàn)明顯的泄漏，各項(xiàng)指標(biāo)正常。主要運(yùn)行參數(shù)見表2。

表2 主要運(yùn)行參數(shù)

2.2.2副線調(diào)節(jié)閥堵塞

高壓液氨泵啟動(dòng)之后又出現(xiàn)一個(gè)新問題，進(jìn)口流量達(dá)到最大值后緩慢下降，導(dǎo)致泵最小流量保護(hù)跳車。通過排查分析可能的原因?yàn)榛亓鞴芫€阻力過大。詳細(xì)核實(shí)后，目標(biāo)鎖定在回流管線調(diào)節(jié)閥上，認(rèn)為調(diào)節(jié)閥的選型有問題，造成通流能力不足，因此臨時(shí)增加此調(diào)節(jié)閥的手動(dòng)副線，通過調(diào)節(jié)手動(dòng)旁路的開度，高壓液氨泵可以正常運(yùn)行。試車完成后，聯(lián)系閥門廠家將調(diào)節(jié)閥拆除并解體，發(fā)現(xiàn)回流調(diào)節(jié)閥的降噪孔內(nèi)發(fā)生嚴(yán)重的堵塞，主要為管道打磨時(shí)產(chǎn)生的碎屑和焊渣，清理之后，關(guān)閉手動(dòng)副線試車，泵可以平穩(wěn)運(yùn)行。

原因分析：由于氨管線上管件、閥門主要采用焊接結(jié)構(gòu)，無法有效吹掃，施工過程管理不嚴(yán)，造成部分鐵屑和焊渣留存于管道中。試車時(shí)，管道內(nèi)的液氨快速流動(dòng)，將雜物帶至閥門處，造成閥門堵塞。

3 高壓甲銨泵開車情況

3.1 試車方案

在水聯(lián)動(dòng)試車過程中，由于水的密度小于介質(zhì)密度，泵出口壓力偏低。為保證水聯(lián)動(dòng)模擬正常運(yùn)行工況下的壓力，中壓系統(tǒng)采用氮?dú)獬鋲骸?/p>

3.2 開車中的問題

在試車過程中，發(fā)現(xiàn)高壓甲銨泵密封輔助系統(tǒng)PLAN54水箱內(nèi)出現(xiàn)很多雜質(zhì)。核查發(fā)現(xiàn)PLAN54水箱補(bǔ)液的補(bǔ)液管，材質(zhì)為碳鋼，補(bǔ)液管道焊接后并未充分吹掃，在水箱補(bǔ)水時(shí)，鐵銹及焊渣進(jìn)入了水箱。因此清理了水箱及過濾器，把補(bǔ)液管材質(zhì)更換為不銹鋼，并對(duì)管路充分吹掃后，重新注入干凈脫鹽水。

啟動(dòng)PLAN54系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)水箱液位快速下降，確定為機(jī)械密封泄漏。拆下集裝機(jī)械密封，發(fā)現(xiàn)機(jī)械密封介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)“O”圈被反推出(見圖1)。

圖1 介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)“O”圈

機(jī)械密封正常工作時(shí)，PLAN54系統(tǒng)中的封液壓力高于介質(zhì)壓力，“O”形圈被緊緊地壓在動(dòng)環(huán)上。而現(xiàn)在出現(xiàn)介質(zhì)側(cè)“O”形圈被反向推出，說明介質(zhì)側(cè)密封曾出現(xiàn)過反壓。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，在清理PLAN54水箱時(shí)，密封卸掉了壓力，而高壓甲銨泵內(nèi)并未泄壓，從而使介質(zhì)側(cè)密封出現(xiàn)反壓，導(dǎo)致“O”形圈被反向推出，密封失效。更換備用密封后，試車、開車均一次成功。至今已運(yùn)行6個(gè)月，高壓甲銨泵及機(jī)械密封均運(yùn)行良好。

考慮到高壓甲銨泵在特殊情況下會(huì)出現(xiàn)泵內(nèi)壓力高于PLAN54壓力，與四川日機(jī)密封廠家技術(shù)工程師進(jìn)一步交流后，密封廠家提出可對(duì)該泵密封進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，即介質(zhì)側(cè)設(shè)計(jì)為雙向平衡型密封，可承受正反壓(見圖2)。

圖2 雙向平衡型密封

當(dāng)PLAN54封液壓力高于介質(zhì)壓力時(shí)，介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)“O”形圈軸向受力合力向左，被介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)臺(tái)階擋住，“O”形圈不會(huì)被推出。當(dāng)PLAN54封液壓力低于介質(zhì)壓力，介質(zhì)側(cè)動(dòng)環(huán)“O”形圈軸向受力合力向右，被軸套臺(tái)階擋住，“O”形圈不會(huì)被推出。此為密封廠特殊設(shè)計(jì)的雙向平衡型結(jié)構(gòu)密封，從而達(dá)到密封能承受正反壓而不失效。現(xiàn)已將備泵換上該結(jié)構(gòu)密封，使用運(yùn)行良好。主要運(yùn)行參數(shù)見表3。

表3 主要運(yùn)行參數(shù)

4 開車后的運(yùn)行維護(hù)

4.1 測(cè)點(diǎn)問題

高壓液氨泵、高壓甲銨泵開車運(yùn)行后，均出現(xiàn)了泵體振動(dòng)或位移超過報(bào)警值的情況。經(jīng)過設(shè)備專業(yè)人員在線檢測(cè)波動(dòng)工況，設(shè)備實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)并沒有明顯變化。分析原因?yàn)樵O(shè)備露天布置，周邊環(huán)境影響檢測(cè)信號(hào)，造成誤指示。

為保持設(shè)備在較為穩(wěn)定的工況下運(yùn)行，在設(shè)備上方建設(shè)彩鋼敞篷，改為半封閉布置，設(shè)備衛(wèi)生明顯改善，同時(shí)通過對(duì)測(cè)點(diǎn)安裝進(jìn)行加固，之后再?zèng)]有出現(xiàn)測(cè)點(diǎn)異常波動(dòng)工況。

4.2 備用泵維護(hù)

由于高壓液氨泵和高壓甲銨泵對(duì)尿素系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，保持備用泵在隨時(shí)可投用狀態(tài)非常關(guān)鍵。為此，高壓液氨泵實(shí)行熱備狀態(tài)，正常生產(chǎn)期間，備用泵機(jī)械密封沖洗系統(tǒng)和油系統(tǒng)全部投用，泵進(jìn)口保持打開狀態(tài)，每天保證盤車3次。高壓甲銨泵進(jìn)口閥關(guān)閉，泵殼內(nèi)充滿冷凝液，殼體夾套蒸汽保持常開，PLAN54密封液一直投用，PLAN32密封液關(guān)閉，管線配有電伴熱，保持隨時(shí)可投用狀態(tài)。

4.3 機(jī)械密封維護(hù)

高壓液氨泵機(jī)械密封需保持PLAN54系統(tǒng)常開狀態(tài)，每日3次盤車，觀測(cè)PLAN54系統(tǒng)水箱液位是否變化，同時(shí)注意PLAN54系統(tǒng)封液壓力高于液氨泵平衡管壓力0.3～0.5 MPa。冬季需對(duì)封液采取防凍措施。

PLAN54系統(tǒng)常開，每日3次盤車，觀測(cè)PLAN54系統(tǒng)水箱液位是否變化。同時(shí)一定注意PLAN54系統(tǒng)封液壓力高于液氨泵平衡管壓力0.3～0.5 MPa。冬季需對(duì)封液采取防凍措施。

5 結(jié)語

在本項(xiàng)目中，高壓液氨泵和高壓甲銨泵的開車過程比較順利，雖然出現(xiàn)了一些問題，但經(jīng)過主機(jī)廠、機(jī)械密封廠及電機(jī)廠專業(yè)人員的良好服務(wù)，問題都得到了快速和圓滿的解決。

在過去的多年里，離心式高壓液氨泵和高壓甲銨泵基本為進(jìn)口壟斷，此次的主機(jī)、機(jī)械密封、電機(jī)均為獨(dú)立自主的設(shè)計(jì)與制造，并在華魯恒升百萬噸尿素裝置上平穩(wěn)的運(yùn)行，充分證明了國產(chǎn)大型離心式氨泵、甲銨泵技術(shù)已經(jīng)成熟可靠，可以完全替代進(jìn)口產(chǎn)品。

大型離心式高壓液氨泵和高壓甲銨泵的國產(chǎn)化，為尿素裝置的大型化和自動(dòng)化奠定了基礎(chǔ)，也為其他大型裝備的國產(chǎn)化提供了一個(gè)很好的典范。