碳黑洗滌塔給水泵故障分析及對(duì)策

1、碳黑洗滌塔給水泵故障分析及對(duì)策俞堅(jiān)祥周德明馬 丹 王 斌( 鎮(zhèn)海煉油化工股份公司化肥廠，浙江寧波，315207) 2002-10-161 存在問題鎮(zhèn)海煉化股份公司化肥廠合成氨裝置采用劣質(zhì)高硫渣油摻燒煉油催化油漿，代替原設(shè)計(jì)的減壓勝利渣油作為氣化爐原料，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益。但由于原料的變化，對(duì)很多設(shè)備的運(yùn)行帶來了沖擊，碳黑洗滌塔給水泵(4113-P5) 就是其中之一。4113-P5 泵將來自4113-V1 底部的灰水升壓， 經(jīng)換熱器 (4113-E1) 換熱之后， 送碳黑洗滌塔作洗滌水，循環(huán)使用。 該泵為七級(jí)離心泵，型號(hào)HDBR-R5 7，一開一備。原由日本酉島制作所制造，采用筒式結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)子產(chǎn)

2、生的軸向力平衡采用平衡鼓結(jié)構(gòu)，其余由止推軸承平衡。軸封型式為填料密封，0.8MPa 的純水作為填料密封的沖洗水，平衡腔排出壓力0.4MPa 左右。 4113-P5 泵的具體參數(shù)為：灰水作介質(zhì)，進(jìn)口壓力0.164 0.45MPa，進(jìn)口驅(qū)動(dòng)功率700kW轉(zhuǎn)速2970r min。4113-P5泵自2001 年 3 月 7 日氣化爐開始采用渣油摻燒部分催化油漿以來，經(jīng)常發(fā)生平衡腔壓力高，引起軸向力、振動(dòng)超標(biāo)，被迫倒泵搶修。自 2 月 17 日 4113-P5 泵投運(yùn)至6 月 22 日，因故障解體大修9 次，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間最長(zhǎng)790h，最短僅為47h 平均累計(jì)運(yùn)行時(shí)間為248h( 見表 1) 。嚴(yán)重影響裝

3、置的安穩(wěn)長(zhǎng)運(yùn)行，必須采取切實(shí)有效的措施，解決平衡腔壓力升高快而引起的故障。2 原因分析自 2001 年 2 月 17 日 4113-P5 泵投運(yùn)以來， 失效主要是由于平衡鼓及平衡鼓襯套磨損，平衡間隙增大， 導(dǎo)致平衡腔壓力高，軸向力、振動(dòng)增大，填料泄漏，甚至發(fā)生止推軸承燒瓦。主要原因有：1) 原料改變引起工藝介質(zhì)的變化化肥廠從 3 月 7 日開始在氣化爐原料渣油中摻入部分催化油漿，比例逐漸提高， 最高時(shí)比例達(dá)51。從表 2 原料性質(zhì)的對(duì)比中可知，催化油漿中的灰分比勝利渣油等減壓渣油要高，而一般的減壓渣油中沒有催化油漿中的鋁與硅，老催化油漿中的鋁與硅又遠(yuǎn)高于新催化油漿。氣化爐原料中灰分( 特別是鋁

4、與硅 ) 含量的大幅度增加，使通過氣化反應(yīng)后作為4113-P5 泵介質(zhì)的灰水中，懸浮物含量大量增加；4月下旬摻燒老催化油漿后，灰水中的懸浮物含量更是大幅度增加，盡管通過降低氣化爐的碳黑生成量、加大廢水排放量、適當(dāng)調(diào)整萃取工況等，但系統(tǒng)中懸浮物仍維持在較高水平( 懸浮物設(shè)計(jì)值為200mg kg) 。從 4113-P5 泵入口取樣分析數(shù)據(jù)可知：從 2000-01-03 2000-10-10間灰水中的懸浮物含量在63550mg kg 之間，平均值為174.6mgkg，而 2001 年開車以來，灰水中懸浮物的含量高，變化幅度大，最大時(shí)達(dá) 2776mgkg( 變化趨勢(shì)見圖1) ，懸浮物含量的平均值為50

5、0mg/kg 左右，大大超過歷史最高水平。2) 平衡腔出口管線配置不合理該泵的平衡管線由平衡腔出口配至泵入口罐，管線總長(zhǎng)達(dá)21m，其中垂直高度13m，管線口徑由DN25擴(kuò)大到 DN50，最后擴(kuò)大到 DN650。由于平衡管線距離長(zhǎng)、彎頭多，管徑擴(kuò)大后流速放慢，介質(zhì)中的懸浮顆粒易于發(fā)生沉積，使平衡腔出口管線阻力增加，甚至發(fā)生堵塞，造成平衡腔內(nèi)壓力升高，影響軸向力的平衡效果。3采取對(duì)策及效果根據(jù)上述分析的結(jié)果，對(duì)影響1)改善工藝介質(zhì)條件4113-P5 泵運(yùn)行的介質(zhì)，平衡鼓襯套的結(jié)構(gòu)及平衡腔出口管線采取了有針對(duì)性的措施和改造。渣油摻燒煉油催化油漿造成4113-P5 泵工藝條件的惡化，因此決定對(duì)催化油漿

6、進(jìn)行沉降處理。通過對(duì)貯存催化油漿的10000m3原料油罐的出油口進(jìn)行改造，將原設(shè)計(jì)的出油口由罐底提高到離罐底2m，使該罐起到澄清器的作用，使灰分沉降在罐底，降低進(jìn)入系統(tǒng)的懸浮物。 6 月 18 日，改造后的原料油罐投用，通過對(duì)油罐出口取樣分析，Al和Si含量均在50mg/kg以下，證明罐內(nèi)油漿中懸浮物大部分已沉降，而4113-P5泵入口處灰水取樣分析數(shù)據(jù)顯示( 見圖1) ，懸浮物含量大幅下降，平均值降至385mg/kg。2)平衡鼓襯套結(jié)構(gòu)改造對(duì)泵的工藝介質(zhì)采取沉降措施后，懸浮物的含量仍遠(yuǎn)高于200mg kg 的設(shè)計(jì)工況，也高于300mgkg 的最高控制指標(biāo)，要徹底解決因懸浮物增多使平衡鼓與襯套

7、的磨損加速，最終導(dǎo)致泵運(yùn)行壽命短的問題，必須為平衡鼓與襯套提供一個(gè)較為干凈的運(yùn)行環(huán)境。為此，對(duì)平衡鼓襯套結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造，在平衡間隙入口處，設(shè)置水封環(huán)，以高鍋爐水作為沖洗水，由于鍋爐水與末級(jí)葉輪出口壓力之間存在2MPa的壓差，可以有效阻止介質(zhì)中的懸浮物進(jìn)入平衡間隙。改造后的結(jié)構(gòu)見圖2。平衡鼓襯套灰水入口側(cè)外圓周加工8 個(gè)均勻分布的帖ITIIH小孔，內(nèi)圓表面?zhèn)燃庸?mm、深 3mm的環(huán)形槽，作為密封水均勻分布的水封環(huán)，水封環(huán)外側(cè)加工寬4mm、深 3mm，裝“ O”形圈的密封槽，起密封沖洗水的作用。6 月 25 日，投用高壓沖洗水后，4113-P5 泵的運(yùn)行狀況明顯得到改善，一直運(yùn)行平穩(wěn)。3) 平衡

8、腔出口管線的改造將平衡腔出口管線直接配至泵進(jìn)口，長(zhǎng)度僅為2m，管徑由出口的DN25經(jīng)大小頭擴(kuò)大為DN50。平衡腔出口管線改造后，在相同平衡間隙的條件下，平衡腔壓力下降了0.2MPa，消除了平衡管線堵塞現(xiàn)象，改善了軸向力的平衡效果，降低了泵的振動(dòng)。2001 年 5 月 9 日，平衡管線改造投用后，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)均有不同程度的下降(見表 3)。4113-P5 泵實(shí)施改造后，一直平穩(wěn)運(yùn)行，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間已起過3600h，有效地解決了該泵因平衡間隙增大，平衡腔壓力快速升高而失效的問題。為同類型化肥裝置原料劣質(zhì)化改造后，減少介質(zhì)中的灰分含量積累了經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也為輸送顆粒度較高介質(zhì)的同類型泵的結(jié)構(gòu)改造及設(shè)計(jì)提供了

9、實(shí)踐基礎(chǔ)。碳洗塔帶灰、帶水原因分析及技術(shù)對(duì)策許令奇 ( 安徽淮化集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽淮南232038) 2003-09-16我公司“ 18·30”工程德士古氣化裝置自2000 年 8 月開車以來，一直存在著碳洗塔帶灰、帶水問題，表現(xiàn)為：(1) 碳洗塔阻力上升較快 (1個(gè)月左右阻力增至0.2MPa 以上 ) ，停車檢查發(fā)現(xiàn)除沫器結(jié)灰嚴(yán)重，說明碳洗塔阻力上升主要是因?yàn)槌鞫氯?2) 后工序變換爐之前的煤氣分離器的分離冷凝液量較大，灰隨合成氣帶入變換爐后，影響變換催化劑的活性，降低了催化劑的使用壽命，且變換系統(tǒng)阻力上升較快，運(yùn)行3 個(gè)月后，阻力增加0.3MPa 以上，迫使系統(tǒng)停車處理

10、，嚴(yán)重影響了系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。此問題被公司列為2002 年“八大攻關(guān)課題”之一。經(jīng)過兩年來的不斷摸索，近期終于取得實(shí)質(zhì)性突破，找出了帶灰、帶水的原因，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行工藝參數(shù)調(diào)整和設(shè)備改造，效果顯著。1 帶灰、帶水現(xiàn)象及原因分析1.1帶灰、帶水現(xiàn)象結(jié)合兩年來的運(yùn)行實(shí)踐，伴隨著我們對(duì)碳洗塔內(nèi)件的局部改造，帶灰、帶水問題可分為兩個(gè)階段。(1) 碳洗塔改造前，開車初期碳洗塔不帶水，阻力緩慢上升，約半個(gè)月后，碳洗塔阻力( 停車檢查發(fā)現(xiàn)主要是除沫器結(jié)灰) 上升到一定值，開始發(fā)生帶水現(xiàn)象，帶水量較大，且塔板給水量越多帶水量就越大。在這個(gè)過程中，變換系統(tǒng)阻力一直緩慢上升( 停車檢查發(fā)現(xiàn)是合成氣帶灰所致 ) 。

11、對(duì)此，我們采取塔板擴(kuò)孔、增加一組除沫器等辦法，起到了一定的作用，但未有明顯改善。(2) 經(jīng)過分析我們認(rèn)為，當(dāng)碳洗塔阻力達(dá)到一定值后，帶水量隨塔板給水量增加而增大，很可能是除沫器壓差變大后產(chǎn)生虹吸現(xiàn)象，使二層塔板給水隨除沫器降液管返回到除沫器被帶入后工序。于是我們移去了除沫器降液管，開車后的最初20 天碳洗塔不帶水，但阻力仍緩慢上升，當(dāng)阻力上升到一定程度后，碳洗塔開始帶水，但帶水量較少、較穩(wěn)定，并不隨塔板給水量變化而變化，而變換系統(tǒng)阻力仍和以前一樣緩慢上升，三個(gè)月左右，系統(tǒng)因變換阻力大被迫停車處理。1.2原因分析對(duì)于前一種大量帶水現(xiàn)象，通過移去除沫器降液管已得到解決。要理解后一種“前期不帶水”而

12、當(dāng)碳洗塔阻力上升后才發(fā)生帶水的現(xiàn)象，首先必須認(rèn)清一個(gè)概念，即帶灰、帶水其實(shí)是一個(gè)問題。出碳洗塔的合成氣中水蒸氣幾乎是飽和的，當(dāng)合成氣中灰含量大時(shí)，合成氣中的附著物增加，帶水就多。其實(shí)開車前期也一直存在著帶灰、帶水現(xiàn)象，表現(xiàn)為碳洗塔、變換系統(tǒng)阻力一直緩慢增長(zhǎng)，只不過此時(shí)除沫器的分離效果較好，合成氣中附著水被分離后又回到塔內(nèi)，所以從變換爐之前的煤氣分離器看不出較多的冷凝液量，這就是開車前期我們看到的“前期不帶水現(xiàn)象”；隨著運(yùn)行時(shí)間變長(zhǎng)，除沫器集灰越來越多、阻力慢慢增大，當(dāng)阻力增大到一定程度后，除沫器流通通道變小，合成氣通過除沫器的流速增大，使除沫器分離作用逐漸喪失，此時(shí)煤氣分離器分離的冷凝液量逐漸

13、變大，這就是所謂的后期帶水現(xiàn)象，但此時(shí)的帶水和塔板給水量無關(guān)，只與系統(tǒng)負(fù)荷及通過除沫器的氣體流速有關(guān)。通過以上分析得知，產(chǎn)生帶灰、帶水現(xiàn)象的根本原因是合成氣含灰量大，亦即說明合成氣洗滌部分出了問題。德士古氣化對(duì)合成氣的洗滌有四步：氣化爐激冷室、噴嘴洗滌器、碳洗塔塔釜、碳洗塔塔板。噴嘴洗滌器對(duì)干氣的洗滌效果較好，影響因素為氣體流速、噴嘴洗滌給水量；影響塔板洗滌效果的因素為塔板給水量、塔板開孔率、穿過塔板孔的氣體流速、塔板堰槽高度等；影響氣化爐激冷室、碳洗塔塔釜洗滌效果的因素為激冷室和碳洗塔液位、穿過液封的時(shí)間以及洗滌水中的灰含量。是什么原因使洗滌效果變差了呢?通過研究我們發(fā)現(xiàn)：正常生產(chǎn)中，氣化爐

14、激冷室和碳洗塔液位是可控制的，且一般都按工藝指標(biāo)操作，噴嘴洗滌器、碳洗塔塔板給水量都是可調(diào)的，在給水量一定時(shí)，噴嘴洗滌器和碳洗塔的洗滌效果只與負(fù)荷有關(guān)，負(fù)荷過高( 在實(shí)際生產(chǎn)中不允許) 或過低都會(huì)影響洗滌效果( 實(shí)際生產(chǎn)中低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)碳洗塔阻力上升較快已得到驗(yàn)證) ，而在正常生產(chǎn)負(fù)荷下，影響洗滌效果的因素中變化最女的則是氣化爐、碳洗塔洗滌水中的灰含量( 噴嘴、氣化爐運(yùn)行工況的好壞對(duì)洗滌效果也有較大影響，因其是不可控因素，這里不討論) ，因?yàn)槲夜镜率抗艢饣b置設(shè)計(jì)運(yùn)行灰分為14.78 ，實(shí)際運(yùn)行中煤的灰分都在20左右，煤灰分條件改變后，系統(tǒng)循環(huán)水量未作調(diào)整，使激冷室、碳洗塔洗滌水中的灰含量變大

15、，影響了洗滌效果，合成氣中的灰含量增大，造成碳洗塔、變換系統(tǒng)阻力上升。灰分為14.78 和20時(shí)所對(duì)應(yīng)的各設(shè)計(jì)參數(shù)和實(shí)際運(yùn)行參數(shù)對(duì)照見表1。2 技術(shù)改造及效果通過上述原因分析并結(jié)合實(shí)際工況，我們做了以下兩個(gè)方面工作：(1) 調(diào)整系統(tǒng)與洗滌有關(guān)的工藝運(yùn)行參數(shù)( 見表 1) ； (2) 考慮到碳洗塔塔板開孔率較難改變，適當(dāng)增加了塔板堰槽高度，以增大合成氣穿過塔板水相的時(shí)間。改造完成投入運(yùn)行后，我們重新制定了工藝指標(biāo)，并加強(qiáng)工藝管理，但由于設(shè)備、閥門、前后工藝協(xié)調(diào)等方面的原因，有些工藝參數(shù)很難得到嚴(yán)格執(zhí)行( 例如：因氣化爐激冷環(huán)堵導(dǎo)致激冷水流量偏小，因閥門問題而使碳洗塔排水量很難控制，因水氣比原因而使系統(tǒng)循環(huán)水量難以穩(wěn)定等) ，即使這樣，仍取得了明顯的效果，碳洗塔阻力由原來運(yùn)行月余就增至0.2MPa 以上降為運(yùn)行兩個(gè)月阻力小于0.2MPa( 若考慮運(yùn)行到后期由于激冷環(huán)堵導(dǎo)致阻力，上升較快，此數(shù)值應(yīng)該更小 ) ，變換系統(tǒng)阻力上升速率也大大下降，為系統(tǒng)長(zhǎng)周期經(jīng)濟(jì)運(yùn)行提供了保證。改造前后變換系統(tǒng)運(yùn)行50 天阻力上升對(duì)照見表2。3 技改建議對(duì)于煤質(zhì)很