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。

1 設備主要技術參數(shù)及結構簡圖

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

2 改造方案

2.1 取消液力變矩器

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。

2.2 減速器改造

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。

2.3 改造后傳動簡圖

改造后傳動系統(tǒng)見圖2。

圖2 改造后傳動簡圖

2.4 出口緩沖器修復

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。

3 改造運行情況

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。