合成氨装置脱碳水洗期间泵密封损坏原因分析与对策

， ，

(中石油塔里木油田塔西南勘探开发公司炼油化工厂，新疆 泽普 844804)

中石油塔里木油田塔西南勘探开发公司炼油化工厂合成氨装置以天然气为原料，采用美国凯洛格公司提供的低能耗、加压催化转化法生产合成氨。其中，脱碳系统主要采用低热苯菲尔工艺技术将溶液中的CO2脱除，提纯后的CO2供尿素装置作为原料使用，脱碳系统的异常将直接导致尿素装置生产波动或停工。因此，确保脱碳系统的正常运转至关重要。

1 脱碳系统水洗存在的问题

1.1 脱碳系统开工前水洗简介

装置检修/长停后，由于系统中杂质的存在，在装置运行期间会造成脱碳溶液劣化、起泡，造成拦液，影响生产。因此，需在开工前对脱碳系统进行水洗，除去脱碳系统设备、管道、填料中的杂质，保证系统能够达到洁净的要求，为开车做好准备。

通过CO2再生塔冷凝液泵(116-J/JA)入口补水管线(必要时使用109-C精制水上水短接)，冲洗再生塔(102-E)，逐步冲洗上塔、中塔、下塔，确认排水浊度≤10FTU，再生塔冲洗结束。建立再生塔下塔液位，启动贫液泵(108-J/JA)向吸收塔(101-E)进水，冲洗吸收塔；确认排水浊度≤10FTU，吸收塔冲洗结束。建立吸收塔蒸槽，半贫液闪蒸槽(132-F)正常液位，启动1台半贫液泵(107-JB/C)，建立水循环；在再生塔(102-E)底部或组合式再沸器(111-C)通入0.35 MPa蒸汽，加热脱碳系统中的精制水，并将脱碳系统所有设备流程串连起来进行循环清洗，以提高冲洗效果，确认CO2再生塔冷凝液泵(116-J/JA)入口补水和排水口浊度≤10FTU，水热洗结束。合成氨装置脱碳水洗流程见图1。

图1 合成氨装置脱碳水洗流程

注：101-E—吸纳塔；102-E—再生塔；111-C/105-C—组合式再沸器；109-C—贫液冷却器；107-C—CO2再生塔顶冷却器；132-F—CO2半贫液闪蒸槽；107-JA/B/C/JAHT—半贫液泵；108-J/JA—贫液泵；116-J/JA—CO2再生塔冷凝液泵

1.2 脱碳水洗期间出现的问题

每次脱碳系统水洗过程中及开工初期，贫液泵(108-J/JA)、半贫液泵(107-JB/C)机械密封均出现多次泄漏，对后续生产造成一定影响。

2015年7月1日，107-JA泵西侧机械密封泄漏；2015年7月16日，107-JB泵机封漏，更换西侧机封、轴套；2017年3月20日，脱碳水洗过程中，108-J西侧机械密封泄漏，平衡鼓卡住，泵解体检查；2017年3月23日，107-JB东侧机械密封泄漏，107-JAHT更换东侧机械密封泄漏。

拆检发现机械密封腔体杂质较多(腐蚀产物、鲍尔环填料金属碎渣等)，机封摩擦副端面磨损，变色。

2 贫液泵机械密封泄漏原因分析

2.1 贫液泵(108-J/JA)结构简介

108-J/JA是卧式垂直剖分单吸式多级离心泵，进口压力0.225 MPa(g)，排出压力2.832 MPa(g)，进液温度120 ℃，额定流量83.3m3/h。轴封采用单端面波纹管式机械密封，机械密封冲洗采用API682标准PLAN11+PLAN62方案，PLAN11内冲洗水使用泵自身出口的贫液，PLAN62外冲洗(急冷)采用外供精制水。贫液泵机械密封冲洗流程见图2。

图2 贫液泵机械密封冲洗流程

图3 计划对贫液泵入口水洗管线进行的改造

2.2 贫液泵机械密封损坏原因分析

(1)脱碳水洗过程中，系统中存在大量杂质，杂质经102-E至108-J/JA泵入口的3″开工冲洗临时管线(无过滤器)，进入贫液泵体，由于机械密封内冲洗水使用的是泵出口的溶液，溶液中杂质造成机械密封摩擦副损伤，密封面间的液膜遭到破坏，端面摩擦发热密封失效。

(2)泵运转过程中，由于泵体内杂质的存在，泵体口环与轮口环、平衡鼓与鼓套等配合部位间断性卡涩，造成泵运行期间振动增大，对机械密封造成影响。

(3)脱碳冲洗过程中液位不稳定，泵出口流量变化大，存在抽空情况，导致泵轴向力、振动等发生异常变动，造成机封端面载荷变化，密封面比压发生剧烈变化，机械密封损伤。

2.3 制定的预防措施

(1)经分析，计划在脱碳水洗102-E至108-J/JA泵入口的3″开工冲洗临时管线上加装100～120目左右的Y型过滤器及副线(见图3)，根据泵运行情况及时进行清理，冲洗结束后拆除。

(2)脱碳冲洗过程中安排专人负责，做好运行检查、记录；同时利用在线状态监测泵振动、轴承温度情况；根据液位变化调整泵出口阀开度，摸索出冲洗阶段再生塔液位与泵出口阀开度合适的对应关系，发现异常及时调整或倒泵处理。

3 半贫液泵机械密封泄漏原因分析

3.1 半贫液泵(107-JA/B/C)结构简介

半贫液泵是水平剖分式多级离心卧式泵，进口压力为0.341 MPa(g)，排出压力为3.628 MPa(g)，进口温度为122 ℃，额定流量为356m3/h，额定功率为419 kW，转速为2 980r/min。轴封采用机械密封，其冲洗采用API682标准PLAN32+PLAN62方案，PLAN32内冲洗水使用108-J/JA出口溶液，经限流孔板/流量计后进入机械密封进行冲洗，PLAN62外冲洗(急冷)采用高压锅炉给水泵(104-J/JA)中间级锅炉水经减压后，和来自174-C的工艺冷凝液进行冲洗，半贫液泵机械密封冲洗流程见图4。

图4 半贫液泵机械密封冲洗流程

注：107-JA/B/C—半贫液泵；108-J/JA—贫液泵；104-J/JA—高压锅炉给水泵

3.2 半贫液泵机械密封损坏原因分析

(1)脱碳水洗是每次开工最先进行的操作步骤，这时104-J/JA和工艺冷凝液系统都没有运行，无法给107-J泵提供机械密封外冲洗水，在没有外冲洗水冷却的情况下长时间运行，机械密封摩擦副端面会因搅拌热和摩擦热温度升高，在一定程度上破坏了端面的平行度和平面度，使端面产生热变形，导致泄漏发生。

(2)由于108-J出口来的内冲洗水在开工初期含有一定量的杂质，对107-J泵机械密封摩擦副造成磨损、损伤；同时由于杂质进入，导致弹簧部位卡涩，失去对机封动环的补偿能力，造成端面泄漏。

3.3 制定的预防措施

(1)由于精制水系统在脱碳系统水洗前已开始运行，在勘查现场后，可将经174-C去109-C的精制水管线(4″)或106-C精制水进水或回水管线(4″)中引出一根冲洗水管线(1.5″)去107-J泵用作外冲洗水(见图5)，在脱碳水洗阶段提供外冲洗水，保证107-J泵机械密封有良好的冷却/冲洗水使用。

图5 计划对半贫液泵机械密封冲洗管线进行的改造

注：109-C—贫液冷水器；107-JA/B/C—半贫液泵；108-J/JA—贫液泵；174-C—冷凝液冷却器；104-J/JA—高压锅炉给水泵

(2)102-E至108-J/JA泵入口的3″开工冲洗临时管线上加装Y型过滤器的改造实施后，可有效避免脱碳水洗阶段杂质进入107-J机械密封造成的机械密封端面损伤泄漏。

(3)脱碳系统水洗完成后，待104-J/JA开车供水或工艺冷凝液汽提塔系统正常运行后，再切换到174-C工艺冷凝液外冲洗或高压锅炉水进行机械密封外冲洗，改造的管线安装盲板隔离，避免精制水、锅炉水以及工艺冷凝液之间互窜。

4 结语

(1)对脱碳开工水洗期间贫液泵、半贫液泵机械密封长期存在的损坏问题进行了分析，发现装置对开工水洗过程可能存在的风险识别不足，重视不够；需要在脱碳水洗期间加强管理，设备的运行状况随时有人跟踪，设备异常能及时发现、及时处理。

(2)通过分析，找出了脱碳水洗期间机械密封损坏的原因，制定了对策，在后续实施中有效避免了脱碳系统开工水洗阶段机械密封的损坏，减少备件使用，节约成本，降低作业人员工作量，减少高危作业风险。

[1]郝木明.机械密封技术及应用(第二版)[M].北京：中国石化出版社，2014.

[2]API682，离心泵、转子泵用的轴封系统[S].

[3]任晓善.化工机械维修手册(上册)[M].北京：化学工业出版社，2004.