高压甲铵泵机封故障原因及改进措施

杨 林，刘博强，赵兴国

(中国石油西南油气田川东北作业分公司，四川 成都 610000)

高压甲铵泵是尿素装置的关键设备之一，能将中压吸收塔回收的甲铵液送到高压系统，维持尿素合成塔反应水碳比平衡，保证尿素高压系统安全稳定运行。某石化公司将高压甲铵泵由原柱塞式改为离心式，采用的离心泵为国内厂家生产制造的8级中速筒形离心泵，型号为SDT-100-120。其主要设计参数见表1。

表1 高压甲铵泵技术参数

高压甲铵泵组的主要设备有高压甲铵泵、前置泵、增速机、电动机、泵组润滑油系统、泵组机封冲洗水系统、泵组自动控制和监控设备等。高压甲铵泵结构见图1，其主要结构特点如下：①内壳体为轴向剖分中心对称双蜗壳形式，流量小、扬程高、流道狭窄、铸造难度大；②转子为双支撑结构，8级叶轮背对背对称布置，轴向力自平衡；③采用轴向剖分内壳体和口环，转子动平衡后可整体安装；④采用双壳体结构，适宜输送高温、高压的危险性介质；⑤径向轴承采用可倾瓦结构，推力轴承采用菲舍尔结构。

1 高压甲铵泵机械密封

高压甲铵泵机械密封采用国内厂家制造的单端面集装式机械密封，型号为CM02B-100-C082。机械密封辅助冲洗系统采用API682 PLAN32(见图2)，为甲铵泵和前置泵提供脱盐水，并对各个机封进行冷却冲洗。冲洗水系统包括机封冲洗水泵(一用一备)、冲洗水箱、过滤器、控制阀门、控制仪表等。冲洗水压力为2.55MPa(g)，流量为20L/min。

图1 甲铵泵结构示意

图2 PLAN32 示意注：FI—流量计；PI—压力计；TI—温度计

2 甲铵泵运行状况

该泵安装完成并进行单试和运行期间，机械密封及其冲洗系统有下列问题。

(1)甲铵泵用蒸汽冷凝液进行单试，运行前冲洗水压力为1.0 MPa(g)，前置泵入口压力为0.40 MPa(g)，在启动运行5min后，因主泵的驱动侧机械密封出现较大泄漏，手动紧急停泵。 经拆检机械密封发现：机械密封的密封面有轻微的磨损；补偿弹簧均有断裂的现象(见图3)；静环的防转销有不同程度的磨损且断裂了两根；解体泵体发现低压侧节流套与轴套黏死(见图3)，主轴处损伤，各级叶轮口环均磨损，遂决定更换主轴及各级密封环，返厂进行维修安装。

图3 机械密封和泵轴上零部件损坏情况

(2)甲铵泵密封水系统泵自启动试验正常，但启动后由于出口单向阀卡涩，造成密封水系统无法运行，更换出口单向阀后再投用。

(3)密封水泵自启动联锁不动作，经仪表人员整改后，运行正常。

(4)密封水系统各个法兰密封垫不符合规格，启动前逐个进行了更换。

(5)密封水泵为柱塞泵，出口压力波动大时易造成压力表损坏，单向阀组件使用周期短，每台水泵运行两周后必须对单向阀进行拆检。

3 原因分析

(1)通过拆检驱动端机械密封发现，机械密封动环由定位销直接固定在轴套上。经分析认为，机械密封材质是碳化硅，属于易碎材质，不能承受太大作用力，泵在高速旋转中，此时定位销处产生的离心力直接作用在机械密封动环上，使动环定位销处产生裂纹，随着裂纹的发展扩大，最终造成动环破碎。通过查阅甲铵泵设计图纸，平衡毂与节流套之间间隙为0.40mm，机械密封摩擦副靠近节流套，动环破碎使整个密封腔体磨损抱死，造成节流套、各级叶轮口环的磨损，甚至导致泵轴损坏。

(2)密封冲洗水系统是厂家外购配套设备，其质量差会造成密封水系统运行中出现诸多小问题。

4 处理措施

(1)针对机械密封摩擦副损坏的问题，进行动环定位改造。通过对机械密封损坏原因进行分析，发现引起动环损坏的原因是因为定位销直接作用在动环上，而动环材质碳化硅属于易碎性材质。因此，对动环定位进行改造，避免动环发生破碎，从而避免因机械密封摩擦副破裂造成泵体振动、泵轴偏离中心位置造成转子件和定子件磨损等问题。

采取将动环镶嵌在钢座内，动环与钢座之间为三面接触，通过钢座与定位销连接，从而避免定位销直接作用在动环上，这样就成功将动环所受定位销的作用力由点扩散成面，使动环受力均匀，不会因为某一点受力较大而造成碳化硅碎裂。动环定位改造前后对比见图4。

图4 动环定位改造前后对比示意

(2)针对密封冲洗水系统质量差产生的小问题，通过厂家和平时整改解决。

(3)针对密封水泵出口压力波动大造成压力表、单向阀损坏的问题，决定择机更换密封水泵，由柱塞泵更换为离心式泵，延长该泵运行时间。

5 结语

通过对机械密封和冲洗水系统的改造，高压甲铵泵在运行中没有再发生因机封泄漏而引发的次生事故，高压甲铵泵能够满足生产的需要，本次解决问题的成功经验也能为同类型离心泵提供借鉴。