天然气净化装置半贫液泵长周期运行技术探讨

潘向东 韩荣学 王林松

（中国石油西南油气田公司川东北作业分公司）

随着社会的不断进步和工业的持续发展，能源需求与日俱增，如何解决能源问题成为全世界关注的焦点。 在四川盆地具有丰富的天然气资源，根据我国可持续发展战略和环境保护国策的要求，高含硫天然气清洁开采和净化成为我国能源开发的主导方向之一［1］。近年来，在川东北地区下三叠统飞仙关组（T1f）储层中发现高含硫化氢天然气［2］，已发现了普光、罗家寨、渡口河及铁山坡等高含硫化氢气田，这些气藏中硫化氢含量多占气体组分的10%～15%［3］，其中普光和渡口河气田硫化氢含量最高， 平均占气体组分的16%左右，罗家寨和铁山坡气田硫化氢含量分别平均占各自气体组分的12%和14%左右［4］。 硫化氢是一种有毒气体，危害人体健康，能使多种催化剂中毒失活，并且是造成酸雨的主要原因之一；天然气中酸性气体的存在还会对管线、设备和仪表造成腐蚀。 商用和民用天然气对硫化氢含量有严格的限制要求。 因此，作为天然气净化工艺的“龙头”，脱硫脱碳工艺研究和改进得到了广泛关注［5］。脱酸方法总体上可归结为溶剂吸收法、膜分离法和变压吸附法3 类，其中溶剂吸收法常用的有醇胺法、热钾碱法及砜胺法等［6］。半贫液砜胺溶液泵是天然气砜胺法脱硫净化装置的核心转动设备，但半贫液砜胺溶液泵投入使用后故障频发且检修难度大、修理费用高、检修周期和进口备件采购周期较长， 严重影响了装置的长周期运行。

1 半贫液砜胺溶液泵简况

半贫液砜胺溶液泵 （简称半贫液泵或半贫泵）为SCOT 尾气处理单元半贫溶液循环泵，主要工作流程是将SCOT 吸收塔产生的半贫溶液输送至脱硫单元吸收塔。 某作业区净化厂3 列装置每列设计使用2 台（一用一备） 半贫液泵， 共计6台。 每列装置A 泵为电机驱动、B 泵为蒸汽透平驱动，一般情况下电机泵为常备泵。

2 设备使用现状

目前，半贫液泵（含电机驱动和透平驱动）共计6 台，一套备件转子（含主轴、叶轮及口环等）作为检修备用， 截至2019 年11 月19 日装置现场在用半贫液泵5 台，外委检修转子3 套，其使用情况如下：

a. 1 列，P-070902-1A 运行正常；P-070902-1B机泵拆除，内部转子部件整体外委检修中，现场透平装置解体检修中。

b. 2 列，P-070902-2A 目前外方正在进行管道、联轴器对中和管道清洗，P-070902-2A 泵正常停机后， 完好备机中；P-070902-2B 机泵拆除，内部转子部件整体外委检修后，现场透平泵运行正常。

c. 3 列，P-070902-3A 运行正常；P-070902-3B运行正常。

除上述1 列、2 列透平驱动泵转子整体部件外委维修外，作为备件的1 套转子也在维修检查中。需要特别说明的是：装置现有半贫液泵机泵6台，单独备用的转子1 套，合计7 套转子。 因电机驱动泵和蒸汽透平驱动泵机泵型号完全一致，内部转子结构一致，因此可以互换使用。 通常外方在外委检修过程中只是将内部转子外送，而机壳部分并未外送（也存在泵壳整体外委的情况），所以其内部转子与具体机泵位号并非完全一一对应。

2.1 检修情况

近3 年半来，由于外方检维修优良作业流程与中石油现有机泵检修流程存在差异，且目前处于移交过渡阶段， 检修过程主要由外方主导，同时外方并没有对相关检修过程资料的收集提出具体的规范和要求，因此过往的检修记录也存在缺失或者不完整等情况，历史检修数据和外委检修情况只能依托JDE（工单系统）和ARIBA 来统计，总的说来检修比较频繁（表1）。

表1 半贫液泵检修情况

2.2 外委检修程序

由于泵壳、 转子及口环等受损零部件多、损坏严重，因此需要外送检修。每次外送检修需要6个月以上，配件采购在计划下达后还需要6 个月以上。 外委维修过程一般遵循的流程为：发现问题后，受装置现场检修环境制约，外方通常将机泵整体拆卸， 转运至检修工房进行解体检查，如果发现损坏较严重、 现有承包商不具备维修条件，外方会将受损转子送至泵厂家进行系统拆检分析，检查完成后，厂家会向维护部反馈目前存在的问题，并对需要更换的零部件报价，经ARIBA 系统建立采购申请定单，最终完成批复、检修和返厂。 目前外委的3 套转子中的1 套待国外配件到货后完成组装，预计9 月初返厂；1 套处于报价审批阶段；1 套处于检查阶段，暂未反馈检查结果。

2.3 2019 年检修情况

设备检修费用较高，每台次送外检修费用在200 万人民币左右；2019 年送外检修5 台次，总费用超过1 000 万人民币。

2019 年1 月28 日夜班， 操作团队多次启动P-070902-1A 未果，启泵后出口无压力，在最后一次启泵时电机电流过载跳车。29 日解体后发现泵壳、转子受损严重，外方将泵壳、转子一并送至郑州SPX 公司外委检修，4 月壳体检修完成后返厂与现场备用转子组装后回装P-070902-1A， 并试运恢复正常，同时受损转子目前正处于维修组装状态，据厂家反馈预计9 月初返厂。

大修期间外方要求对1 列、2 列装置蒸汽透平驱动机泵转子进行检查，7 月10 日，P-070902-1B 解体清洗检查后未发现异常，外方要求组装恢复后暂未回装至现场， 作为机动备泵使用；P-070902-2B 解体清洗后发现转子故障， 节流衬套组件被“咬死”，无法拆除，只能上车床破坏性拆除，由于维护部没有做动平衡试验的设备，已于8月10 日将转子送往郑州SPX 公司进行外委检修，目前该套转子的维修PR 订单处于审批状态，检修时间预计6～8 个月。

8 月24 日，P-070902-1A 投行过程中出现联锁跳车，解体后发现转子中部密封套和衬套磨损严重， 外方要求外送SPX 公司做进一步检查，同时将7 月份装好的备用泵回装至P-070902-1A，试车运行后恢复正常。 受损转子目前在厂家检查中，暂未任何反馈信息。

3 原因分析

半贫液泵每次的检维修或者外委维修，都严格遵循外方的作业流程，试运行前都具备合格运行条件，具备投运条件后再启泵试车，并且保证运行各项参数正常后现场人员才会交付作业团队； 同时由于该泵是国际知名公司的进口泵，本身质量好，加工和装配精度高，泵的叶轮口环与泵体口环间隙和泵内各节流套组件间隙较小，半贫液介质填充在间隙间能起到很好的润滑作用；但系统介质特别脏是造成泵故障率高的根本原因［7］，一是以前装置大修没有彻底进行清洗，二是在泵前进口管路中一旦有硬度高、颗粒大的杂质进入泵体各部分间隙内产生异常摩擦，容易导致表面发热、磨损（图1）甚至“咬死”，大幅缩短设备使用寿命。 该设备每次解体检修和对该泵进、出口管道拆下清洗均能发现大量杂质，说明其运行工况极差。

图1 轴套磨损情况

半贫液泵通常的启动流程为［8］：首先进行回流运行，待各项运行参数正常后再切换到出口管线。 在回流和出口管路上分别设置两个联锁阀YV-0994、YV-0993，而YV 阀动作只有全开、全关两种状态，考虑到该泵的循环流量较大（额定流量为212m3/h）， 如果切换操作不能平稳缓慢进行，容易造成回流和出口流量波动过大，可能造成瞬时抽空、出口无压力等情况，从而容易导致机泵转子磨损。

该泵检修后其出口、回流管路会存在大量气体，启泵前应对该部分进行充分排气，否则会导致泵压力波动大、泵振动大，甚至出现干摩擦、导致配件损坏的情况。 2019 年开产对该泵投运前，维护部外方动设备专员与净化厂员工一同对第3列装置半贫液泵的排气情况特别是回流管路进行检查确认，启运一次成功，到目前为止，振动测试状况良好，各方面参数正常。

4 建议措施

结合设备的检修情况和故障原因分析，提出改进建议措施如下：

a. 控制溶液杂质［9］。 改进生产系统，从根本上消除杂质的产生或者置换变质污染的溶液；彻底清洗塔、罐及管线等系统；加入分散剂，分解溶液内的固定杂质。

b. 改进过滤系统［10］。泵入口增设过滤精度满足泵对介质清洁度要求的独立过滤器（两个过滤器可互相切换）； 同时增设入口过滤器压差变送器，在DCS 设报警监控。

c. 增设回流阀［11］。 原系统只有两个全开和全闭的YV 阀， 因此对出口和回流管线上增设三通机械自动回流阀，启泵后自动回流；打开出口阀后回流缓慢切换至出口管线，减少流量波动。

d. 加强投运前检查。 加强工艺管路流程（吸收塔液位、阀门开关状态等）检查；严格按照优良的启停机操作程序操作。

e. 定期切换，备机保护。 建议每个月对备机进行倒车或实物料试车，对停机备机、入口管线及过滤器等进行清洗置换；采用脱盐水或者清洁贫液对备机进行保护。

f. 充分排气。 启泵前对泵和入口管路进行充分排气，避免泵内介质未充满导致滑动轴承形成干摩擦、泵转子振动使动静零部件直接接触的情况。

5 结束语

半贫液砜胺溶液泵投入使用后故障频繁、检修难度大、修理费用高、检修周期和进口备件采购周期较长，是亟需解决的技术难题。 从设备技术状况、工艺系统、操作运行及设备管理等多方面寻找制约半贫液泵长周期运行的瓶颈问题，并采取了一系列的技术措施，半贫液砜胺溶液泵在过去一年的运行中仅有一次解体检修，故障频率已经有所降低； 同时稳定运行周期也大幅提高，达到了提质增效的目的，为天然气净化装置安稳长满优运行奠定了坚实的基础，希望可以为同类装置半贫液砜胺溶液泵长周期运行带来一定的帮助。