劉 洋,張秀志

(新疆中能萬(wàn)源化工有限公司， 新疆瑪納斯 832200)

新疆中能萬(wàn)源化工有限公司尿素生產(chǎn)裝置于2015年6月試車(chē)，當(dāng)年9月正式運(yùn)行。尿素生產(chǎn)工藝采用氨汽提法[1]，由意大利斯納姆公司提供。該裝置中，高壓回收工序采用的甲銨泵，為日本荏原機(jī)電生產(chǎn)的高壓離心泵，其機(jī)械密封所需的沖洗水均來(lái)自系統(tǒng)中壓沖洗水泵(P110)換熱后的常溫水。根據(jù)運(yùn)行狀況來(lái)看，由于中壓沖洗水泵(P110)故障、儀表調(diào)節(jié)閥故障等問(wèn)題，導(dǎo)致沖洗水流量過(guò)低引起甲銨泵聯(lián)鎖跳車(chē)事故頻發(fā)。甲銨泵跳車(chē)不但會(huì)影響工藝，而且會(huì)損壞高轉(zhuǎn)速、大功率的設(shè)備，甚至導(dǎo)致系統(tǒng)停車(chē)。為此，公司組織設(shè)備技術(shù)攻關(guān)小組，對(duì)甲銨泵的機(jī)械密封沖洗管線進(jìn)行改造。

1 改造前

改造前，高壓甲銨泵的機(jī)械密封沖洗水為系統(tǒng)冷凝液，由中壓沖洗水泵(P110)加壓，將管道內(nèi)溫度為30～40 ℃的冷凝液作為機(jī)械密封沖洗水送到高壓甲銨泵(P102)。中壓沖洗水泵(P110)加壓后的系統(tǒng)冷凝液同時(shí)作為尿素泵房?jī)?nèi)其它離心泵機(jī)械密封的沖洗水。從2015年6月至2016年1月，因機(jī)械密封沖洗水波動(dòng)導(dǎo)致高壓甲銨泵(P102)機(jī)械密封損壞共計(jì)6套，平均每月?lián)p壞1套。

2 改造思路

作為高壓系統(tǒng)回收核心設(shè)備之一的高壓甲銨泵(P102)，其機(jī)械密封的運(yùn)行周期決定了該設(shè)備是否能穩(wěn)定運(yùn)行[2-4]。機(jī)械密封的頻繁損壞，主要由其本身的質(zhì)量及機(jī)械密封沖洗水導(dǎo)致。但該機(jī)械密封的提供商是高壓甲銨泵配套的廠家，在國(guó)內(nèi)外同類裝置中使用效果均良好，故先排除此因素。筆者從密封沖洗水作用及密封失效現(xiàn)象分析原因。

2.1 密封和潤(rùn)滑作用及密封失效現(xiàn)象

密封腔內(nèi)通入與介質(zhì)相溶的液體，保持密封面之間有一層液膜，在起到潤(rùn)滑作用的同時(shí)，防止高溫、有毒及貴重介質(zhì)從泵體內(nèi)泄漏；防止含有固體顆粒的介質(zhì)漏入密封腔內(nèi)，造成密封面磨損；防止易結(jié)晶的介質(zhì)泄漏進(jìn)密封腔內(nèi)，冷卻后形成固體顆粒磨損密封面。機(jī)械密封損壞的主要形式為動(dòng)環(huán)和靜環(huán)表面呈圓周溝槽且同心分布。

2.2 隔絕作用及密封失效現(xiàn)象

機(jī)械密封沖洗水經(jīng)過(guò)機(jī)械密封連續(xù)不斷地進(jìn)入泵體內(nèi)，隔絕高溫介質(zhì)的熱傳導(dǎo)，防止高溫介質(zhì)進(jìn)入密封腔內(nèi)，導(dǎo)致動(dòng)環(huán)、靜環(huán)及密封環(huán)因溫度過(guò)高而縮短使用壽命。機(jī)械密封損壞的主要形式為密封圈老化、動(dòng)環(huán)和靜環(huán)破裂或腐蝕。

2.3 冷卻作用及密封失效現(xiàn)象

機(jī)械密封沖洗水不斷沖洗動(dòng)環(huán)和靜環(huán)，降低其工作時(shí)產(chǎn)生的摩擦熱，防止因變形導(dǎo)致的機(jī)械密封泄漏。機(jī)械密封損壞的主要形式為機(jī)械密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)變形，表面有過(guò)熱變色的現(xiàn)象。

損壞的機(jī)械密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)破裂，其表面呈圓周溝槽且同心分布，見(jiàn)圖1。

圖1 機(jī)械密封動(dòng)、靜環(huán)破裂

從圖2可以看出，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)表面有甲銨顆粒的存在。同時(shí)因中壓沖洗水泵(P110)加壓后的系統(tǒng)冷凝液也作為尿素泵房?jī)?nèi)其它離心泵機(jī)械密封的沖洗水，造成高壓甲銨泵(P102)機(jī)械密封沖洗水量不夠，較易引起機(jī)械密封沖洗水壓力波動(dòng)或斷流。

圖2 機(jī)械密封損壞

3 技術(shù)方案

正常情況下由中壓沖洗水泵(P110)泵出來(lái)的中壓冷凝液通過(guò)調(diào)節(jié)閥進(jìn)入沖洗水儲(chǔ)槽內(nèi)?，F(xiàn)在2臺(tái)甲銨泵旁增加1臺(tái)沖洗水儲(chǔ)槽、2臺(tái)柱塞式往復(fù)泵，設(shè)計(jì)示意圖見(jiàn)圖3。當(dāng)中壓系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法補(bǔ)充液位時(shí)，首先，另一路管線電動(dòng)閥會(huì)自動(dòng)打開(kāi)，根據(jù)遠(yuǎn)傳液位計(jì)傳遞的信號(hào)補(bǔ)充脫鹽水到?jīng)_洗水儲(chǔ)槽，保證沖洗儲(chǔ)槽液位；接著，沖洗水儲(chǔ)槽里的水通過(guò)柱塞式往復(fù)泵提壓后，送到高壓甲銨泵(P102)機(jī)械密封處。沖洗水儲(chǔ)槽起到緩沖罐的作用，不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械密封沖洗水波動(dòng)或斷流現(xiàn)象。2臺(tái)柱塞式往復(fù)泵出口管線并為一條管線，可以互為備用。

圖3 設(shè)計(jì)示意圖

4 實(shí)施效果

此種帶獨(dú)立沖洗水泵的裝置在新疆中能萬(wàn)源化工有限公司尿素甲銨泵沖洗系統(tǒng)已使用3年以上，其間高壓甲銨泵(P102)只更換過(guò)2次機(jī)械密封，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定，管道無(wú)脈沖異常情況發(fā)生，工況穩(wěn)定。

5 結(jié)語(yǔ)

(1) 獨(dú)立的機(jī)械密封沖洗系統(tǒng)，使甲銨泵沖洗水不會(huì)因外界沖洗水在操作、倒泵及其它因素作用下產(chǎn)生水量不夠的情況，避免了由此導(dǎo)致的聯(lián)鎖跳車(chē)事故。按每年減少1次系統(tǒng)停車(chē)計(jì)算，可節(jié)省系統(tǒng)停車(chē)和開(kāi)車(chē)費(fèi)共計(jì)20萬(wàn)元左右。

(2) 柱塞式往復(fù)泵技術(shù)成熟、穩(wěn)定，可以適應(yīng)高壓甲銨泵進(jìn)口壓力大幅度波動(dòng)，有效保證機(jī)械密封沖洗水的穩(wěn)定。

(3) 從使用情況看，該機(jī)械密封沖洗系統(tǒng)有極高的實(shí)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景，為尿素裝置離心式甲銨泵、液氨泵機(jī)械密封的長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了新思路、新方法。