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1#污水汽提装置精馏塔进料泵P3503密封泄露的原因分析与对策

发表时间：2021/6/22 来源：《基层建设》2021年第6期作者：赵永超

[导读] 摘要：1#污水汽提装置内P-3503/A.B为氨精馏塔进料泵，为精馏塔T3502提供进料，采用立式高速泵，高速轴经轴承箱变速后转速达10000转/min，设计制造厂家为北京航天十一所。

        炼油部联合四车间天津 300270
        摘要：1#污水汽提装置内P-3503/A.B为氨精馏塔进料泵，为精馏塔T3502提供进料，采用立式高速泵，高速轴经轴承箱变速后转速达10000转/min，设计制造厂家为北京航天十一所。该泵2003年投入使用至今，生产过程中多次出现泄露，对生产安全造成一定影响，为了消除隐患，对故障原因进行了全面分析，并提出了整改措施。
        关键词：1#污水汽提装置；高速泵；机械密封；故障；分析；对策
        1、设备简介及工艺环境介绍
        P-3503/A.B为精馏塔进料泵的设计参数：
        规格型号：GSB-L2-4/226          介    质：氨水
        进口压力：0.1MPa                出口压力：2MPa
        扬    程：226m                  流    量：4.6m³/h
        额定功率：15KW                  入口温度：40℃
        氨水精馏制液氨是根据氨水中NH3和H2O的沸点相差较大，利用汽液两相多次逆流平衡接触，进行传热传质而进行分离，在加压条件下，在塔顶得到高纯度的氨气，冷凝得液氨；精馏塔进料泵P3503是将氨精制塔的氨气与精馏塔T3502底稀氨水混合制成的浓氨水，抽出到氨精馏塔T3502，在T3502中进行氨和水的分离，得到纯度较高的液氨。
        2、故障后果及原因分析
        该泵自2003年使用以来，多次出现机械密封泄露，造成了设备检维修费用、操作工劳动强度以及现场安全生产隐患的增加，并且影响装置平稳生产，对产品液氨的产量及纯度造成影响。对拆除后的密封解体检查，分析泄露原因如下：
        2.1介质因素
        该泵介质为浓氨水，操作温度一般都在45℃以上，受压力温度影响较大，发生波动后甚至能到70℃，高温容易使氨气析出，形成气体，造成泵抽空，由于精馏塔进料泵P3503介质氨水处于饱和和非饱和的临界状态，操作条件的波动将造成氨气随时析出，从而造成抽空，震动增大导致密封损坏泄漏。并且介质内含有焦粉等使密封弹簧卡死，弹簧失弹造成密封泄露。这是造成密封泄露的主要原因。
        2.2工艺参数波动
        由汽提来的粗氨气量的大小以及对氨精制塔T3501注氨降温和氨的挥发性造成系统压力、温度波动，影响系统稳定性等原因，但不一定能够造成机械密封损坏泄漏，因此这是该泵密封泄露的次因。
        2.3机械密封材质和型式
        从维修情况发现密封损坏多是密封面损坏，O圈碳化。从而推断机泵抽空后在极短的时间内就会造成密封胶圈因高温而损坏，或因震动大导致密封面损坏，开裂等造成泄漏。这是造成密封泄露的主要原因。
        2.4人员操作因素
        2.4.1 氨精制系统日常操作频繁，加水，脱液的日常操作容易造成系统波动，如系统注氨降温时间过长造成系统压力持续上升；加水量过大或过快造成浓氨水遇热挥发；脱液时速度过快造成系统压力快速下降等操作容易造成系统波动，因而造成机泵运行不平稳，易发生抽空现象而损坏密封。
        2.4.2操作人员在系统压力不稳的情况下急于开泵，频繁开启 P3503，造成P3503在抽空情况下连续运行，加剧了P3503密封损坏。
        2.4.3机泵一旦抽空，内操不能及时发现或外操不能及时停泵造成 O圈过热碳化，密封泄漏。
        这是造成密封泄露的主要原因。
        2.5设备因素
        1#污水汽提装置自2000年投用以来，经多次改造，现工况比较当时工况有所改变，出现换热器E3504，E3505热负荷不足，中间缓冲罐V3504容积不足等现象，造成介质冷却效果不好。
        2.5.1E3504，E3505冷却效果：介质冷却后温度直接影响着氨在水中的溶解度，冷后温度冬季平均30℃，夏季45℃，在日常操作时可以满足生产需求，只有在波动较大时造成E3505冷后介质温度超标。
        2.5.2V3504设计直径788㎜，高度1700㎜，容积为1.27m³，在实际操作中波动较大，但在日常操作时可以满足生产需求。

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        3、对策
        通过以上P3503机械密封泄漏原因分析得出以下结论，由于介质容易析出气体，密封材质不当以及人员操作不当是造成机械密封失效泄漏的主要因素。
        针对以上原因分析，提出如下对策：
        3.1降低介质温度
        3.1.1降低T3502底温，在满足工艺需求的情况下，由140℃降低至130℃；
        3.1.2清理换热器E33504和E3505，提高换热器换热效率，降低介质温度。
        效果验证：V3504中介质温度由平均50℃降低至40℃。
        3.2采用四氟乙烯材质O形圈
        和密封厂家联系制作，由原来橡胶材质改用四氟橡胶材质O形圈，密封弹簧改为波纹管型式。
        效果验证：投用后有效降低因焦粉造成弹簧卡死的几率，避免了密封O圈因氨腐蚀形成的老化硬化现象。
        3.3制定氨精制系统及P3503操作指导书
        为了减少机泵损坏频率，保证装置平稳生产，提出以下操作要点：
        3.3.1污水汽提部分粗氨气抽出量过大甚至超量程时，适当手动关小分三压控阀门，避免氨精制系统压力上升过快，同时应注意在工艺卡片操作范围内调整操作；
        3.3.2系统注氨，脱液，加水，泄压等操作，动作应缓慢，避免过大使氨精制系统波动，造成高速泵抽空密封泄漏。
        3.3.3若氨精制系统压力超过0.15MPa时，可适当打开中间罐V3504罐顶气相去400立手阀，禁止直接开V3501脱液手阀进行泄压；当系统压力超过0.2MPa以上时，可适当打开V3501脱液手阀进行缓慢泄压；
        3.3.4P3503/A.B运行时泵出口调节流量为3-4t/h，流量超标15分钟未调节纳入考核。
        3.3.5高速泵抽空后5分钟内岗位人员应立即停泵，待系统稳定后方可尝试重新启泵，若超过3次仍未将泵正常启动，则可等待30分钟至1小时后再尝试启泵。启泵后观察5-10分钟无异常后方可离开，并做好记录。
        3.3.6注意切勿在泵抽空情况下连续多次启泵
        效果验证：系统运行平稳，密封使用寿命明显增加，由原来的800小时达到2000小时。
        3.4新增高速泵P3503/C
        该泵由北京巡航高科技有限公司制造的SPX50-40-5/220，泵入口增加诱导轮、水套，改变密封形式和密封冲洗方式。
        3.4.1泵P3503/C泵入口增加诱导轮提升泵入口的压力和流量，防止抽空现象。
        3.4.2机封自冲洗方式为PLAN11出口自冲洗方式，能带走密封端面产生的热量，带走密封端面处的杂质颗粒，对密封起到清洁作用，防止抽空现象。
        3.4.3该泵密封为串联密封，冲洗方案为PLAN52，无压的双端面密封方案，特别适用于易挥发气体工况，并起到双重保护，主密封失效，二级密封可以短时间起到主密封的作用，且PLAN11+52两种冲洗方式能更好的配合在一起，增加密封使用寿命。
        3.4.4串联密封第一道介质封，考虑到介质的特性，摩擦副改为耐磨的浸渍锑石墨，密封圈采用全氟醚，增加密封使用寿命。
        3.4.5泵入口增加水套，利用循环水对介质进行冷却降温，防止介质气化以避免机泵抽空。
        效果验证：P3503/C自2019年11月投用至今，使用周期可达到3个多月，机泵运行平稳，适应现场工况，解决了密封损坏频次过多的问题。
        3.5试用干气密封
        对P3503/B试用干气密封，达到一定效果，使用周期达到2个多月，目前该项目正在实施中。
        4、结语
        1#污水汽提装置精馏塔进料泵P3503密封自2019年11月实施以上预防对策运行至今，现场运行状况明显好转，运行周期由原来的800小时提高至最少2000小时，提高了设备的可靠度，但仍有操作不稳情况发生，对这些措施还要改进攻关，为装置的安全平稳运行提供有力保障。
        参考文献：
        [1]郭海峰、张玉梅，离心泵机械密封失效原因分析及消除措施
        [2]高武民，机械密封的失效原因分析与实际应用，密封技术[J]石油化工设备技术
        [3]王汝美，实用机械密封技术问答中国石化出版社 2004