鄭明統(tǒng)，范天祥，初保衛(wèi)，于 濤

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

為了研發(fā)我國自主知識產(chǎn)權(quán)的大化肥工藝技術(shù)，2009 年中國石油啟動了45/80 國產(chǎn)大化肥關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化，研發(fā)了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的合成氨、尿素工藝包大氮肥工藝系統(tǒng)，建成了中國石油寧夏石化公司第三套化肥裝置[1]。該裝置合成氨1 500 t/d，尿素2 640 t/d，年產(chǎn)合成氨45×104t，尿素80×104t。其中尿素裝置高壓甲銨泵是首臺國產(chǎn)化高速、高壓分段多級離心泵，在原始開車過程中該泵頻繁出現(xiàn)軸瓦溫度高、軸承振動大、油封漏油等設(shè)備隱患。本文針對高壓甲銨泵在運(yùn)行中出現(xiàn)的故障進(jìn)行分析并提出具體的技改措施，為今后同類國產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計、維護(hù)、檢修提供借鑒和幫助。

1 設(shè)備簡介

1.1 設(shè)備結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)

高壓甲銨泵泵體外缸采用徑向剖分，內(nèi)缸采用水平剖分的形式，有8 級葉輪、葉輪對置布置、采用米契爾止推軸承和段間平衡軸封平衡裝置、機(jī)械密封采用雙端面集裝式、徑向軸承是五塊可傾瓦徑向軸承、油封為矩形槽梳齒密封，該泵主要性能參數(shù)（見表1）。

表1 高壓甲銨離心泵主要性能參數(shù)

1.2 工藝流程

高壓甲銨泵的工藝流程是將低壓碳銨分離罐中含有CO2（質(zhì)量含量38.73 %）、NH3（質(zhì)量含量30.12 %）和水（質(zhì)量含量31.15 %）的75 ℃氨基甲酸銨溶液，從0.3 MPa 加壓到15 MPa 后注入高壓洗滌器E3203 頂部作為合成塔的氣體溶解液。

2 高壓甲銨泵運(yùn)行中存在的故障分析

該泵自2018 年原始開車以來，多次出現(xiàn)推力軸承燒損，徑向軸承振動大，溫度高等現(xiàn)象，下表為開車以來歷次出現(xiàn)的問題（見表2）。從表2 中看出高壓甲銨泵出現(xiàn)故障頻次最高的是徑向軸瓦溫度高和振動大，對于出現(xiàn)的問題分析如下。

2.1 影響高壓甲銨泵徑向軸瓦溫度高的因素

（1）油壓低，進(jìn)油量少；（2）潤滑油溫度高；（3）潤滑油質(zhì)不好；（4）軸承間隙太小；（5）進(jìn)油油楔與泵軸旋轉(zhuǎn)方向相反。

高壓甲銨泵的徑向軸承采用可傾瓦五油楔軸承，在上、下軸承座內(nèi)裝有五塊可以自動調(diào)節(jié)傾斜角的活動瓦塊，瓦塊表面澆筑巴氏合金層。五塊瓦呈半圓柱面各自鑲?cè)胪咦鶅?nèi)，瓦塊與槽形成線接觸，瓦塊可繞接觸線在垂直于軸線的平面內(nèi)擺動，從而自動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子偏離軸心。潤滑油從油孔進(jìn)入軸承座內(nèi)，為徑向軸承和推力軸承建立、形成油膜，同時帶走軸承產(chǎn)生的熱量，起到冷卻軸承的作用。這兩臺泵在前期試運(yùn)行過程中驅(qū)動端和自由端的徑向軸承溫度最高達(dá)到75 ℃，比原設(shè)計溫度高出25 ℃，盡管對油壓和油溫做出適當(dāng)調(diào)節(jié)，但徑向軸承溫度沒有明顯改變，造成整套裝置低負(fù)荷運(yùn)行。

2.2 影響高壓甲銨泵徑向瓦振動大的因素

（1）基礎(chǔ)松動；（2）軸承磨損；（3）轉(zhuǎn)子對中不量；（4）轉(zhuǎn)子動不平衡；（5）動靜摩擦；（6）軸承座與轉(zhuǎn)子不同心；（7）抽空、汽化頻繁。

高壓甲銨泵原始試車時徑向軸承振值最高上漲到75 μm，雖然能穩(wěn)定運(yùn)行一段時間，但已經(jīng)超過了振值報警值60 μm，非常接近振值聯(lián)鎖值85 μm。該泵帶“ 病” 運(yùn)行，給裝置的長周期運(yùn)行造成隱患。

2.3 影響高壓甲銨泵軸位移大的因素

（1）抽空、氣蝕；（2）軸向力平衡不好；（3）平衡管線堵；（4）平衡水壓力低；（5）平衡鼓段間間隙大。

在尿素裝置開車期間，因低壓碳銨分離罐液位計誤指示，造成兩臺泵入口抽空嚴(yán)重；在泵體解體后發(fā)現(xiàn)平衡鼓一段、二段段間平衡間隙大，這些因素將會導(dǎo)致主副推力軸瓦燒損。

2.4 備用泵切換過程中頻繁跳車，原運(yùn)行泵停運(yùn)后出現(xiàn)反轉(zhuǎn)

運(yùn)行泵切換備用泵的過程中，啟動備用泵運(yùn)行正常后，停原運(yùn)行泵后備用泵驅(qū)動端和自由端振值高聯(lián)鎖跳車，多次檢修備用泵仍然無法解決問題。

2.5 泵軸承座油封漏油

兩臺高壓甲銨泵從2018 年4 月試車運(yùn)行開始，驅(qū)動端和自由端油封多次出現(xiàn)泄漏，驅(qū)動端靠近聯(lián)軸節(jié)側(cè)漏油尤為嚴(yán)重，最大漏量達(dá)到近1 000 mL/h，嚴(yán)重影響了泵的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 高壓甲銨泵故障檢修對策

表2 高壓甲銨泵試車以來出現(xiàn)的故障

3.1 徑向軸承溫度高的檢修對策

高壓甲銨泵自開車以來徑向軸承溫度一直偏高，從油壓低、進(jìn)油量少；潤滑油油冷器堵油溫高、潤滑油品質(zhì)不好，軸承間隙太小、進(jìn)油油楔與泵軸旋轉(zhuǎn)方向相反等多個方面分析原因，最終從徑向瓦巴氏合金層和瓦背承力面的痕跡得出進(jìn)油油楔與泵軸旋轉(zhuǎn)方向相反是造成徑向瓦溫度高的主要原因。通過制造廠家和徑向瓦設(shè)計的標(biāo)準(zhǔn)將徑向軸承瓦殼沿軸向旋轉(zhuǎn)180°，重新加工徑向軸承瓦殼定位銷釘孔。泵再次試運(yùn)行時徑向軸承溫度降至50 ℃以下，較原試車溫度降了25 ℃，徹底解決了徑向軸承溫度高的問題。

3.2 徑向軸承振值偏高的檢修對策

高壓甲銨泵在經(jīng)過開車初期運(yùn)行平穩(wěn)后，隨著裝置負(fù)荷不斷增大，徑向軸承振動值逐漸上漲，最高達(dá)到75 μm，超過了該泵設(shè)置的報警值60 μm。利用裝置停車機(jī)會從基礎(chǔ)松動、軸承磨損、轉(zhuǎn)子對中不量、轉(zhuǎn)子動不平衡、動靜摩擦、軸承座與轉(zhuǎn)子不同心等方面查找原因，最終檢查出軸承座與泵轉(zhuǎn)子同軸度相差0.25 mm，這是造成高壓甲銨泵徑向軸承振動高的主要原因。為此，設(shè)計專用工具將杠桿表緊固在軸頸處，旋轉(zhuǎn)泵轉(zhuǎn)子利用杠桿表找軸承座和轉(zhuǎn)子的同心度（見圖1），按照標(biāo)準(zhǔn)和要求將軸承座和泵軸的同心度調(diào)整到0.05 mm以內(nèi)，而后緊固軸承座端面螺栓，重新鉸制軸承座定位銷孔，以保證軸承座定位后與轉(zhuǎn)子的同心度。同時復(fù)查了此處徑向軸承瓦背預(yù)緊力，盡管復(fù)測間隙為0.01 m，符合標(biāo)準(zhǔn)要求（0.01 mm～0.05 mm），但為了增加徑向軸承的剛度和穩(wěn)定性，將徑向軸承瓦背預(yù)緊力調(diào)整至0.04 mm。

圖1 利用杠桿表檢測轉(zhuǎn)子和軸承箱的同心度

3.3 主推力軸承燒損的檢修對策

高壓甲銨泵在開車過程中因系統(tǒng)不穩(wěn)定，泵入口抽空是造成推力軸承燒損的主要原因，但對該泵解體時發(fā)現(xiàn)一段、二段段間平衡軸封間隙大，復(fù)查間隙最大達(dá)到0.60 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過設(shè)計值0.35 mm～0.40 mm，這將導(dǎo)致高壓側(cè)的甲銨泄漏到低壓側(cè)致使轉(zhuǎn)子平衡打破，轉(zhuǎn)子在不平衡力的作用下推向主推力瓦側(cè)，造成主推力軸承燒損（見圖2）。本次檢修將該處的間隙調(diào)整至0.45 mm，滿足設(shè)計要求和標(biāo)準(zhǔn)（見圖3）。為防止高壓甲銨泵入口抽空，引1.5 MPa 稀氨水配Φ57 管線進(jìn)入低壓碳銨分離罐，泵抽空時給甲銨泵入口補(bǔ)液，從根本上解決了甲銨泵泵入口抽空的問題。

圖2 推力軸瓦燒損后的巴氏合金粉末

圖3 一段、二段段間平衡軸封圖

3.4 運(yùn)行泵倒泵停運(yùn)后反轉(zhuǎn)的檢修對策

高壓甲銨泵在原始開車過程中運(yùn)行泵和備用泵為滿足工藝負(fù)荷要求經(jīng)常倒泵，但運(yùn)行泵停運(yùn)后，備用泵驅(qū)動端和自由端振值會高聯(lián)鎖跳車，造成裝置系統(tǒng)大幅波動。對備用泵檢查徑向軸承、推力軸承的工作間隙及瓦背預(yù)緊力都在設(shè)計范圍內(nèi)。然而在運(yùn)行泵和備用泵切換過程中仍然出現(xiàn)啟動后的備用泵振值高聯(lián)鎖跳車現(xiàn)象，癥狀與檢修前相同。在現(xiàn)場工藝操作和檢修人員共同查找確認(rèn)下，發(fā)現(xiàn)啟動備用泵后，停運(yùn)泵發(fā)生反轉(zhuǎn)，這是由于備用泵開啟后一部分甲銨液沿逆止單向閥倒灌進(jìn)入停運(yùn)泵的葉輪中，造成停運(yùn)泵反轉(zhuǎn)。結(jié)合現(xiàn)場停運(yùn)泵反轉(zhuǎn)的現(xiàn)象最終確認(rèn)該泵的出口單向閥內(nèi)漏嚴(yán)重。即在運(yùn)行泵停運(yùn)后，啟動的備運(yùn)泵出口甲銨液通過內(nèi)漏的單向閥打回流，造成該泵出口壓力瞬間大幅度下降，泵內(nèi)產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象，導(dǎo)致啟動的備用泵振值高聯(lián)鎖跳車。在更換完內(nèi)漏的單向閥后，進(jìn)而修改了高壓甲銨泵的操作規(guī)程和倒泵操作法：即在停運(yùn)行泵之前，先適當(dāng)打開備用泵的最小流量循環(huán)閥，而后慢慢打開備用泵的出口閥。待備用泵壓力、溫度運(yùn)行正常后然后再停運(yùn)行泵，通過這種方法備用泵再沒出現(xiàn)過振值高聯(lián)鎖跳車的情況。

圖4 改造后的新油封

3.5 泵軸承座油封漏油的檢修對策

高壓甲銨泵油封與軸承座殼體采用梳齒密封，與軸采用O 型圈密封，材質(zhì)為鋁鎂合金。由于與軸密封的O 型圈材質(zhì)為橡膠，使用周期短，不耐油且易老化，直接造成油封與軸之間漏油。在檢修時將該處橡膠O型圈更換為耐油的聚四氟乙烯O 型圈。同時對原廠梳齒密封的齒數(shù)、齒面寬度、齒槽深度及回油槽進(jìn)行技術(shù)改造：原廠設(shè)計的梳齒齒面寬4 mm，槽深2 mm，齒面間距3.5 mm，這種梳齒密封的齒型設(shè)計和齒槽布置對泄漏的潤滑油阻率變小，而且回油槽淺而窄，使得帶壓的潤滑油來不及回油箱就沿軸向外泄漏?，F(xiàn)將原廠設(shè)計的齒型矩形槽加工成與泵軸旋向相反的螺紋齒型槽，齒間距為2.5 mm，槽深2.5 mm，同時將油封與軸之間的間隙由原來的0.40 mm 縮小到0.25 mm，并加大回油槽的寬度和深度。這種油封的技術(shù)改動，使得泄漏的潤滑油進(jìn)入油封時，一部分隨著泵軸的旋轉(zhuǎn)泄漏的潤滑油沿著相反的螺旋槽回到軸承箱內(nèi)；另一部分泄漏的潤滑油在油封末端順回油槽流到軸承箱內(nèi)，從而達(dá)到密封的效果。此處的技術(shù)改動，徹底消除此處油封漏油的現(xiàn)象（見圖4）。

4 結(jié)語

高壓甲銨泵是國產(chǎn)大化肥尿素裝置的關(guān)鍵設(shè)備，與國外同類進(jìn)口設(shè)備相比前期運(yùn)行故障率較高，但經(jīng)過工程技術(shù)人員和技師的不斷探索、分析和改進(jìn)，徹底消除了該泵在設(shè)計、工藝及安裝過程中存在的缺陷，不僅提高了國產(chǎn)高壓甲銨泵的運(yùn)行周期，而且為同類國產(chǎn)化設(shè)備解決同類問題提供了依據(jù)和途徑，更為國產(chǎn)化大化肥裝置關(guān)鍵設(shè)備的推廣和應(yīng)用做出了貢獻(xiàn)。