高压甲铵泵机械密封冲洗管线改造

刘 洋,张秀志

(新疆中能万源化工有限公司， 新疆玛纳斯 832200)

新疆中能万源化工有限公司尿素生产装置于2015年6月试车，当年9月正式运行。尿素生产工艺采用氨汽提法[1]，由意大利斯纳姆公司提供。该装置中，高压回收工序采用的甲铵泵，为日本荏原机电生产的高压离心泵，其机械密封所需的冲洗水均来自系统中压冲洗水泵(P110)换热后的常温水。根据运行状况来看，由于中压冲洗水泵(P110)故障、仪表调节阀故障等问题，导致冲洗水流量过低引起甲铵泵联锁跳车事故频发。甲铵泵跳车不但会影响工艺，而且会损坏高转速、大功率的设备，甚至导致系统停车。为此，公司组织设备技术攻关小组，对甲铵泵的机械密封冲洗管线进行改造。

1 改造前

改造前，高压甲铵泵的机械密封冲洗水为系统冷凝液，由中压冲洗水泵(P110)加压，将管道内温度为30～40 ℃的冷凝液作为机械密封冲洗水送到高压甲铵泵(P102)。中压冲洗水泵(P110)加压后的系统冷凝液同时作为尿素泵房内其它离心泵机械密封的冲洗水。从2015年6月至2016年1月，因机械密封冲洗水波动导致高压甲铵泵(P102)机械密封损坏共计6套，平均每月损坏1套。

2 改造思路

作为高压系统回收核心设备之一的高压甲铵泵(P102)，其机械密封的运行周期决定了该设备是否能稳定运行[2-4]。机械密封的频繁损坏，主要由其本身的质量及机械密封冲洗水导致。但该机械密封的提供商是高压甲铵泵配套的厂家，在国内外同类装置中使用效果均良好，故先排除此因素。笔者从密封冲洗水作用及密封失效现象分析原因。

2.1 密封和润滑作用及密封失效现象

密封腔内通入与介质相溶的液体，保持密封面之间有一层液膜，在起到润滑作用的同时，防止高温、有毒及贵重介质从泵体内泄漏；防止含有固体颗粒的介质漏入密封腔内，造成密封面磨损；防止易结晶的介质泄漏进密封腔内，冷却后形成固体颗粒磨损密封面。机械密封损坏的主要形式为动环和静环表面呈圆周沟槽且同心分布。

2.2 隔绝作用及密封失效现象

机械密封冲洗水经过机械密封连续不断地进入泵体内，隔绝高温介质的热传导，防止高温介质进入密封腔内，导致动环、静环及密封环因温度过高而缩短使用寿命。机械密封损坏的主要形式为密封圈老化、动环和静环破裂或腐蚀。

2.3 冷却作用及密封失效现象

机械密封冲洗水不断冲洗动环和静环，降低其工作时产生的摩擦热，防止因变形导致的机械密封泄漏。机械密封损坏的主要形式为机械密封动环和静环变形，表面有过热变色的现象。

损坏的机械密封动环和静环破裂，其表面呈圆周沟槽且同心分布，见图1。

图1 机械密封动、静环破裂

从图2可以看出，动环和静环表面有甲铵颗粒的存在。同时因中压冲洗水泵(P110)加压后的系统冷凝液也作为尿素泵房内其它离心泵机械密封的冲洗水，造成高压甲铵泵(P102)机械密封冲洗水量不够，较易引起机械密封冲洗水压力波动或断流。

图2 机械密封损坏

3 技术方案

正常情况下由中压冲洗水泵(P110)泵出来的中压冷凝液通过调节阀进入冲洗水储槽内。现在2台甲铵泵旁增加1台冲洗水储槽、2台柱塞式往复泵，设计示意图见图3。当中压系统长时间无法补充液位时，首先，另一路管线电动阀会自动打开，根据远传液位计传递的信号补充脱盐水到冲洗水储槽，保证冲洗储槽液位；接着，冲洗水储槽里的水通过柱塞式往复泵提压后，送到高压甲铵泵(P102)机械密封处。冲洗水储槽起到缓冲罐的作用，不会出现机械密封冲洗水波动或断流现象。2台柱塞式往复泵出口管线并为一条管线，可以互为备用。

图3 设计示意图

4 实施效果

此种带独立冲洗水泵的装置在新疆中能万源化工有限公司尿素甲铵泵冲洗系统已使用3年以上，其间高压甲铵泵(P102)只更换过2次机械密封，系统运行稳定，管道无脉冲异常情况发生，工况稳定。

5 结语

(1) 独立的机械密封冲洗系统，使甲铵泵冲洗水不会因外界冲洗水在操作、倒泵及其它因素作用下产生水量不够的情况，避免了由此导致的联锁跳车事故。按每年减少1次系统停车计算，可节省系统停车和开车费共计20万元左右。

(2) 柱塞式往复泵技术成熟、稳定，可以适应高压甲铵泵进口压力大幅度波动，有效保证机械密封冲洗水的稳定。

(3) 从使用情况看，该机械密封冲洗系统有极高的实用价值和广阔的市场前景，为尿素装置离心式甲铵泵、液氨泵机械密封的长周期稳定运行提供了新思路、新方法。