合成氨裝置脫碳水洗期間泵密封損壞原因分析與對策

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(中石油塔里木油田塔西南勘探開發公司煉油化工廠，新疆 澤普 844804)

中石油塔里木油田塔西南勘探開發公司煉油化工廠合成氨裝置以天然氣為原料，采用美國凱洛格公司提供的低能耗、加壓催化轉化法生產合成氨。其中，脫碳系統主要采用低熱苯菲爾工藝技術將溶液中的CO2脫除，提純后的CO2供尿素裝置作為原料使用，脫碳系統的異常將直接導致尿素裝置生產波動或停工。因此，確保脫碳系統的正常運轉至關重要。

1 脫碳系統水洗存在的問題

1.1 脫碳系統開工前水洗簡介

裝置檢修/長停后，由于系統中雜質的存在，在裝置運行期間會造成脫碳溶液劣化、起泡，造成攔液，影響生產。因此，需在開工前對脫碳系統進行水洗，除去脫碳系統設備、管道、填料中的雜質，保證系統能夠達到潔凈的要求，為開車做好準備。

通過CO2再生塔冷凝液泵(116-J/JA)入口補水管線(必要時使用109-C精制水上水短接)，沖洗再生塔(102-E)，逐步沖洗上塔、中塔、下塔，確認排水濁度≤10FTU，再生塔沖洗結束。建立再生塔下塔液位，啟動貧液泵(108-J/JA)向吸收塔(101-E)進水，沖洗吸收塔；確認排水濁度≤10FTU，吸收塔沖洗結束。建立吸收塔蒸槽，半貧液閃蒸槽(132-F)正常液位，啟動1臺半貧液泵(107-JB/C)，建立水循環；在再生塔(102-E)底部或組合式再沸器(111-C)通入0.35 MPa蒸汽，加熱脫碳系統中的精制水，并將脫碳系統所有設備流程串連起來進行循環清洗，以提高沖洗效果，確認CO2再生塔冷凝液泵(116-J/JA)入口補水和排水口濁度≤10FTU，水熱洗結束。合成氨裝置脫碳水洗流程見圖1。

圖1 合成氨裝置脫碳水洗流程

注：101-E—吸納塔；102-E—再生塔；111-C/105-C—組合式再沸器；109-C—貧液冷卻器；107-C—CO2再生塔頂冷卻器；132-F—CO2半貧液閃蒸槽；107-JA/B/C/JAHT—半貧液泵；108-J/JA—貧液泵；116-J/JA—CO2再生塔冷凝液泵

1.2 脫碳水洗期間出現的問題

每次脫碳系統水洗過程中及開工初期，貧液泵(108-J/JA)、半貧液泵(107-JB/C)機械密封均出現多次泄漏，對后續生產造成一定影響。

2015年7月1日，107-JA泵西側機械密封泄漏；2015年7月16日，107-JB泵機封漏，更換西側機封、軸套；2017年3月20日，脫碳水洗過程中，108-J西側機械密封泄漏，平衡鼓卡住，泵解體檢查；2017年3月23日，107-JB東側機械密封泄漏，107-JAHT更換東側機械密封泄漏。

拆檢發現機械密封腔體雜質較多(腐蝕產物、鮑爾環填料金屬碎渣等)，機封摩擦副端面磨損，變色。

2 貧液泵機械密封泄漏原因分析

2.1 貧液泵(108-J/JA)結構簡介

108-J/JA是臥式垂直剖分單吸式多級離心泵，進口壓力0.225 MPa(g)，排出壓力2.832 MPa(g)，進液溫度120 ℃，額定流量83.3m3/h。軸封采用單端面波紋管式機械密封，機械密封沖洗采用API682標準PLAN11+PLAN62方案，PLAN11內沖洗水使用泵自身出口的貧液，PLAN62外沖洗(急冷)采用外供精制水。貧液泵機械密封沖洗流程見圖2。

圖2 貧液泵機械密封沖洗流程

圖3 計劃對貧液泵入口水洗管線進行的改造

2.2 貧液泵機械密封損壞原因分析

(1)脫碳水洗過程中，系統中存在大量雜質，雜質經102-E至108-J/JA泵入口的3″開工沖洗臨時管線(無過濾器)，進入貧液泵體，由于機械密封內沖洗水使用的是泵出口的溶液，溶液中雜質造成機械密封摩擦副損傷，密封面間的液膜遭到破壞，端面摩擦發熱密封失效。

(2)泵運轉過程中，由于泵體內雜質的存在，泵體口環與輪口環、平衡鼓與鼓套等配合部位間斷性卡澀，造成泵運行期間振動增大，對機械密封造成影響。

(3)脫碳沖洗過程中液位不穩定，泵出口流量變化大，存在抽空情況，導致泵軸向力、振動等發生異常變動，造成機封端面載荷變化，密封面比壓發生劇烈變化，機械密封損傷。

2.3 制定的預防措施

(1)經分析，計劃在脫碳水洗102-E至108-J/JA泵入口的3″開工沖洗臨時管線上加裝100～120目左右的Y型過濾器及副線(見圖3)，根據泵運行情況及時進行清理，沖洗結束后拆除。

(2)脫碳沖洗過程中安排專人負責，做好運行檢查、記錄；同時利用在線狀態監測泵振動、軸承溫度情況；根據液位變化調整泵出口閥開度，摸索出沖洗階段再生塔液位與泵出口閥開度合適的對應關系，發現異常及時調整或倒泵處理。

3 半貧液泵機械密封泄漏原因分析

3.1 半貧液泵(107-JA/B/C)結構簡介

半貧液泵是水平剖分式多級離心臥式泵，進口壓力為0.341 MPa(g)，排出壓力為3.628 MPa(g)，進口溫度為122 ℃，額定流量為356m3/h，額定功率為419 kW，轉速為2 980r/min。軸封采用機械密封，其沖洗采用API682標準PLAN32+PLAN62方案，PLAN32內沖洗水使用108-J/JA出口溶液，經限流孔板/流量計后進入機械密封進行沖洗，PLAN62外沖洗(急冷)采用高壓鍋爐給水泵(104-J/JA)中間級鍋爐水經減壓后，和來自174-C的工藝冷凝液進行沖洗，半貧液泵機械密封沖洗流程見圖4。

圖4 半貧液泵機械密封沖洗流程

注：107-JA/B/C—半貧液泵；108-J/JA—貧液泵；104-J/JA—高壓鍋爐給水泵

3.2 半貧液泵機械密封損壞原因分析

(1)脫碳水洗是每次開工最先進行的操作步驟，這時104-J/JA和工藝冷凝液系統都沒有運行，無法給107-J泵提供機械密封外沖洗水，在沒有外沖洗水冷卻的情況下長時間運行，機械密封摩擦副端面會因攪拌熱和摩擦熱溫度升高，在一定程度上破壞了端面的平行度和平面度，使端面產生熱變形，導致泄漏發生。

(2)由于108-J出口來的內沖洗水在開工初期含有一定量的雜質，對107-J泵機械密封摩擦副造成磨損、損傷；同時由于雜質進入，導致彈簧部位卡澀，失去對機封動環的補償能力，造成端面泄漏。

3.3 制定的預防措施

(1)由于精制水系統在脫碳系統水洗前已開始運行，在勘查現場后，可將經174-C去109-C的精制水管線(4″)或106-C精制水進水或回水管線(4″)中引出一根沖洗水管線(1.5″)去107-J泵用作外沖洗水(見圖5)，在脫碳水洗階段提供外沖洗水，保證107-J泵機械密封有良好的冷卻/沖洗水使用。

圖5 計劃對半貧液泵機械密封沖洗管線進行的改造

注：109-C—貧液冷水器；107-JA/B/C—半貧液泵；108-J/JA—貧液泵；174-C—冷凝液冷卻器；104-J/JA—高壓鍋爐給水泵

(2)102-E至108-J/JA泵入口的3″開工沖洗臨時管線上加裝Y型過濾器的改造實施后，可有效避免脫碳水洗階段雜質進入107-J機械密封造成的機械密封端面損傷泄漏。

(3)脫碳系統水洗完成后，待104-J/JA開車供水或工藝冷凝液汽提塔系統正常運行后，再切換到174-C工藝冷凝液外沖洗或高壓鍋爐水進行機械密封外沖洗，改造的管線安裝盲板隔離，避免精制水、鍋爐水以及工藝冷凝液之間互竄。

4 結語

(1)對脫碳開工水洗期間貧液泵、半貧液泵機械密封長期存在的損壞問題進行了分析，發現裝置對開工水洗過程可能存在的風險識別不足，重視不夠；需要在脫碳水洗期間加強管理，設備的運行狀況隨時有人跟蹤，設備異常能及時發現、及時處理。

(2)通過分析，找出了脫碳水洗期間機械密封損壞的原因，制定了對策，在后續實施中有效避免了脫碳系統開工水洗階段機械密封的損壞，減少備件使用，節約成本，降低作業人員工作量，減少高危作業風險。

[1]郝木明.機械密封技術及應用(第二版)[M].北京：中國石化出版社，2014.

[2]API682，離心泵、轉子泵用的軸封系統[S].

[3]任曉善.化工機械維修手冊(上冊)[M].北京：化學工業出版社，2004.