席洪峰
(云南解化清潔能源開發(fā)有限公司 解化化工分公司,云南 開遠 661600)
尿素裝置甲胺泵的主要作用是將甲胺液升壓(從 1.7 MPa 升壓至 20 MPa)后送入尿素合成塔。7V3甲胺泵是尿素裝置建廠時從廣州氮肥廠購入的二手設備,由英格索爾·蘭德公司(美國)制造,為立式往復泵。自投產以來,該泵運行相對較為穩(wěn)定,處理量大,一直是尿素系統(tǒng)生產的關鍵設備。因國外備件采購困難,自購入后,公司一直致力于備件的國產化。通過多年努力,液力端部分,除曲軸、機身外,備件已基本實現(xiàn)國產化,但傳動部分中液力變矩器、減速器一直為原裝進口設備,并且因備件無法購買,相關技術資料不全,且液力變矩器結構復雜、裝配精度要求高等原因,兩設備一直未進行拆卸檢修。此外,該泵出口設置有流體動力型PDS排出緩沖器,用于降低由于柱塞式往復泵運行產生超壓脈沖引起的振動和噪聲。在運行中,有時候會出現(xiàn)流量不穩(wěn)定,但因缺少相關資料,一直未能進行徹底處理。2011年8月20日,甲胺泵減速器響聲異常、振動大,工藝進行緊急停車。在工藝處理過程中發(fā)現(xiàn),該泵出口緩沖器介質無法通過,經多次嘗試,判斷為設備堵塞。隨后,經檢修人員拆減速器側蓋發(fā)現(xiàn),傳動齒輪軸齒面斷裂、軸承內圈損壞。因設備的特殊性給修復工作帶來較大困難,因此考慮對減速器及液力變矩器進行改造,主要是實現(xiàn)減速器的國產化及取消液力變矩器。對于出口緩沖器,因資料不全,只能考慮解體檢查,并進行修復使用。
主要設備的性能及技術參數(shù)見表1。
表1 性能及技術參數(shù)
改造前傳動簡圖見圖1。
圖1 改造前傳動簡圖
液力變矩器[1]主要實現(xiàn)無級調速以及恒轉矩輸出功能,它存在結構復雜、裝配精度要求高、維護費用高(主要是液壓油的損耗)等問題。加之為進口設備,備件無法采購,一旦損壞將無法恢復,這些問題一直是甲胺泵的隱患?,F(xiàn)在通過電機變頻器可以實現(xiàn)無級調速及恒轉矩輸出功能,所以完全可以取代液力變矩器,而且甲胺泵電機已經更新為變頻電機,并配備了變頻器,故可以取消液力變矩器的使用,消除存在隱患。同時,取消液力變矩器可以減少占地面積,去除配套油冷器及附屬油路系統(tǒng),改變現(xiàn)場環(huán)境。
因原減速器為進口設備,而且資料不全,無相關圖紙及技術參數(shù)。若采取測繪加工齒輪軸的方式修復減速器,可能存在測繪誤差,從而導致運行不穩(wěn)定,造成更大的故障。如采取整體更新減速器的修復方案,在輸入與輸出中心距定位上可能存在一定誤差,并且非標設備的加工價格也會較為昂貴,加工周期也會較長,給恢復工作帶來難度,在設備安裝的找平找正上也會帶來更多的麻煩。并且只更換減速器,液力變矩器的隱患將繼續(xù)存在,不利于日后設備的穩(wěn)定運行。為此在取消液力變矩器的同時,決定實現(xiàn)減速器的國產化。
首先根據(jù)原減速器速比,選擇合適的國產減速器,經過對比選擇硬齒面齒輪減速器ZLYS355-11.2,實際速比為11.098與原減速器 (11.653) 較為接近,此時泵速可達 133 r/min,流量為 25.2 m3/h。因速比降低,轉速加快,線速度升高,必須對軸功率進行校核,驗證是否能夠使用原電機及變頻器。
根據(jù)公式:
F=P·S
(1)
式中:F為工作機阻力,P為泵出口壓力,S為柱塞截面積。
根據(jù)公式
v=ω·r=2πn·r
(2)
式中:n為泵轉速,133 r/min,r為曲軸半徑,98.2 mm。
帶入公式2可得v=1.36 m/s。
(3)
式中:PW為工作機所需功率,F(xiàn)為工作機阻力,v為工作機的線速度,ηw為工作機效率。
查《機械設計課程設計手冊》[2]表1-7可知,ηw=0.98,將計算各值帶入公式(3)可得PW=171.5 kW。
因 171.5 kW<200 kW,所以原電機能夠滿足功率需求,無需更換電機及變頻器[3]。而改造時利用原有底座對減速器及電機底座進行重新制作安裝,無需進行基礎的澆灌,可降低檢修費用和加快改造進度。
改造后傳動系統(tǒng)見圖2。
圖2 改造后傳動簡圖
2.4.1 機加工解體
由機械廠利用鏜床或刨床(具體需機械廠根據(jù)夾具與刀具情況確定)從設備兩半球焊縫處將其解體。如因位置限制無法全部去除時,必須先鏜或刨出兩道足夠長的切口,能夠辨別設備內部結構,確認內部無殘余介質及雜物,并且無損于內部結構時,方能采用等離子方式等進行解體[4]。
2.4.2 設備結構確認
經機械廠進行解體后,該設備內部結構顯現(xiàn)出來,而在球體內部發(fā)現(xiàn)有損壞單向閥閥芯一件,正好堵住出口組件入口管,導致該泵在工藝處理過程中介質無法進入出口管道[5]。其結構簡圖如圖3。
1.出口法蘭;2.出口接管;3.出口組件;4.球體;5.入口組件;6.入口接管;7.入口法蘭。
介質經5(入口組件)進入球體后形成旋流,此時在球體能形成緩沖,可消除往復泵的脈沖影響,從而降低管道振動,介質在經3(出口組件)流出進入管道。
2.4.3 設備恢復
1)焊接工藝評定
施焊前由修復單位編制焊接工藝評定,該評定應當符合JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評定》的要求。
2)焊接方式選擇及焊絲
焊接采用手工氬弧焊。該設備材質為 316 L(尿素級不銹鋼),根據(jù)焊接標準,選擇H00Cr19Ni14Mo3焊絲,焊絲直徑 4.0 mm。
3)無損檢測
所有焊縫必須進行無損檢測,檢測按照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》及JB/T4730-2000相關要求進行。球體采用多層多道焊接方式時,每層焊道厚度不得大于 3 mm,每層焊接完成進行100%著色探傷。
4)焊后熱處理
焊接完成后進行整體退火處理,以消除焊接應力,退火溫度控制在680~720 ℃ 之間。
5)設備耐壓試壓
按照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術監(jiān)察規(guī)程》的相關規(guī)定,耐壓試驗的壓力應當符合設計圖樣要求,并且不小于公式(4)的計算值。
(4)
式中:PT為耐壓試驗壓力,MPa;η為耐壓試驗壓力系數(shù),按照表2選用;p為壓力容器的設計壓力或者壓力容器銘牌上規(guī)定的最大允許工作壓力(對在用壓力容器為工作壓力),MPa;[σ]為試驗溫度下材料的許用應力(或者設計應力強度),MPa;[σ]t為設計溫度下材料的許用應力(或者設計應力強度),MPa。
表2 耐壓試驗的壓力系數(shù)η
壓力容器各元件(圓筒、封頭、接管、法蘭等)所用材料不同時,計算耐壓試驗壓力應當取各元件材料[σ]/[σ]t比值中最小者。
查 316 L 在 20 ℃ 及 100 ℃ 時,許用應力均為 115 MPa,最高工作壓力為 22 MPa,故PT耐壓試壓壓力應為 27.5 MPa,試壓要求應當符合《容規(guī)》的相關規(guī)定。
1)改造完成后試車運行穩(wěn)定,完全滿足工藝需求。
2)改造后備件實現(xiàn)了國產化和標準化。