高壓氨用泵

    高壓氨泵用來將液氨從大約2．3MPa升壓到約22MPa，然后高壓液氨進(jìn)入高壓甲銨噴射器，作為甲銨噴射器的動(dòng)力液，引射高壓高溫強(qiáng)腐蝕性的甲銨液，兩者混合后一起進(jìn)入尿素合成塔[合成壓力約14～15MPa(G)]。采用此噴射器的目的是為了減輕高壓甲銨泵苛刻的工作條件。高壓甲銨泵不直接放在合成塔前，而是設(shè)置在甲銨冷凝器和預(yù)熱器之前，因此工作溫度從155℃降到80℃，甲銨溶液的濃度也降低，使甲銨泵的腐蝕疲勞問題得到解決。如計(jì)入甲銨噴射器的壓降值，高壓氨泵的排出壓力比尿素合成塔的壓力約高達(dá)20MPa(G)。該泵的工況特點(diǎn)如下：

    ①液氨的相對(duì)密度小，根據(jù)溫度不同為0.58-0.63，因此，對(duì)相同壓差，比水的揚(yáng)程高得多。液氨蒸氣壓高，減壓時(shí)極易汽化，機(jī)械密封選型時(shí)要特別注意。

    ②液氨有毒，軸封不允許泄漏。泄漏出的液氨汽化為氨氣，是易爆性氣體，歸為ⅡA類、T1組。液氨汽化時(shí)產(chǎn)生低溫會(huì)使機(jī)械密封沖洗水結(jié)冰，造成密封環(huán)損壞。

    ③屬小流量高揚(yáng)程高壓泵。盡管采用汽提法工藝后，尿素合成壓力從水溶液全循環(huán)法的20MPa降至14～15MPa(G)，但高壓氨泵要求的壓差仍高達(dá)20MPa左右，因液氨相對(duì)密度小，揚(yáng)程高達(dá)3500m左右，而泵的流量又很小，對(duì)日產(chǎn)1 765噸大型尿素裝置，正常流量?jī)H103m3／h，泵的大工作壓力為～25MPa(G)。

    ④液氨腐蝕性小，過流件材質(zhì)可用碳鋼。當(dāng)液氨減匪到常匪時(shí)，可能出現(xiàn)-33℃的低溫。因銅和氨能形成爆性性的絡(luò)合物，因此泵的零件中禁止使用銅或銅合金(巴氏合金和沉淀硬懷銹鋼除外)。

    ⑤可靠性要求高。該泵是合成塔液氨進(jìn)料泵，一旦出故障，整個(gè)尿素裝置全部停產(chǎn)，經(jīng)濟(jì)損失巨大。此外，該泵價(jià)格昂貴，功率大，運(yùn)行費(fèi)用高，因此要求其可靠性要高。

    2．泵型式的選擇   

    決定高壓氨泵型式的重要因素是裝置生產(chǎn)能力和合成塔壓力。在70年代以前，世界上的尿素生產(chǎn)大多采用水溶液全循環(huán)法工藝，合成壓力約為20MPa，因高壓氨泵壓差大，基本上使用往復(fù)式泵。70年代開發(fā)出C0。汽提和氨汽提工藝，合成壓力降為l4～1 5MPa，氨泵壓差相應(yīng)減小，在大型尿素裝置中，往復(fù)式和離心式高壓氨泵并存，但中小型尿素裝置仍使用往復(fù)式泵。據(jù)斯拉姆公司資料，可以使用高速離心泵的小裝置能力為日產(chǎn)750噸尿素。泵選型時(shí)，要結(jié)合建廠地的電價(jià)、維修能力和備件供應(yīng)情況，從以下方面進(jìn)行綜合比較。

    ①效率對(duì)比  往復(fù)泵本身效率可高達(dá)90％，比離心泵高得多，但往復(fù)泵流量的調(diào)節(jié)不如離心泵方便。通常用液力變矩器調(diào)速，液力變矩器效率低(<80％)，抵消了往復(fù)泵的部分節(jié)能效果。以日產(chǎn)1750噸尿素裝置為例(見表-87)，采用液力變矩器調(diào)速的往復(fù)泵，可比離心泵節(jié)省功率180～270kW(17．8％-24．5％)，如采用先進(jìn)的變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)泵，功率可進(jìn)一步節(jié)約(節(jié)省360-450kW)。

                           表2—87  日產(chǎn)1750噸尿素裝置不同型式高壓氨泵的性能比較

 

    ②投資比較  往復(fù)式高壓氨泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，重量大，投資高于離心泵。根據(jù)德國伍德公司資料，兩者的相對(duì)投資比例可參見表2—88。

 

    ③維修費(fèi)比較  往復(fù)泵結(jié)構(gòu)復(fù)雜，填料、柱塞、閥門等易損件多，檢修工作量大，費(fèi)用高。而離心泵除機(jī)械密封、密封環(huán)為易損件外，日常維修工作量小，操作方便，可長(zhǎng)周期運(yùn)行。據(jù)國外公司統(tǒng)計(jì)，往復(fù)泵的年維修費(fèi)大約是離心泵的5～6倍。

    ④運(yùn)轉(zhuǎn)性能  往復(fù)泵排壓有脈動(dòng)，要避免管道的共振或水擊現(xiàn)象。往復(fù)泵軸封如使用油密封，如填料函內(nèi)漏油量過大，對(duì)工藝生產(chǎn)有不利影響。離心泵的故障比往復(fù)泵少，運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性高，能保證尿素生產(chǎn)長(zhǎng)周期運(yùn)行。

    至于中小型尿素裝置普遍使用的往復(fù)式柱塞泵，也應(yīng)對(duì)不同機(jī)型的技術(shù)參數(shù)和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行比較。表2—89列出三家有代表性廠家生產(chǎn)的往復(fù)式高壓氨泵的技術(shù)性能，從表中可以看出，WORTHINTON公司采用流量減半的泵，用開兩臺(tái)備用一臺(tái)的方式，配管增多，占地面積加大。三者的功耗相近。影響柱塞和填料壽命的柱塞速度，以PERONl公司的低。泵材質(zhì)以PERONl公司的產(chǎn)品稍好。綜括起來，這三家泵公司的產(chǎn)品技術(shù)性能相近，選用時(shí)再從價(jià)格方面作比較。

 

小，僅供裝配用。泵體密封面經(jīng)過精磨拋光，無須用墊片，保證了剖分式泵體各級(jí)密封環(huán)間隙的均勻準(zhǔn)確。泵體上設(shè)有平衡通道，與泵進(jìn)口相通，使高壓側(cè)和低壓側(cè)的軸封箱工作壓力都降為泵吸入壓力，改善密封條件。

    ⑧葉輪  該泵有l(wèi)0個(gè)葉輪，背對(duì)背布置，以平衡軸向力，取消平衡鼓或平衡盤，減少維修部件。葉輪材質(zhì)為17-4PH高強(qiáng)度不銹鋼。

    ④機(jī)械密封  高壓氨泵進(jìn)口壓力高，軸封腔壓力～2．4MPa(G)，且泵轉(zhuǎn)速較高，液氨又易汽化，密封難度大。該泵采用美國CRANE公司的28VL／28ST型串聯(lián)式機(jī)械密封，類似于離心壓縮機(jī)中的干氣密封。從泵出口引出的沖洗用液氨，經(jīng)過濾后通入內(nèi)側(cè)機(jī)械密封；外側(cè)的機(jī)械密封是密封端面上帶螺旋槽的非接觸式干氣密封，用N。氣作緩沖氣，流量1．8Nm3／h。摩擦副組對(duì)材質(zhì)為碳化鎢對(duì)石墨。采用干氣密封是因?yàn)槌Ｒ?guī)機(jī)械密封通常用冷凝水作為緩沖液，氨減壓時(shí)溫度降低而使水結(jié)冰，會(huì)造成石墨環(huán)破裂。

    ⑨軸承該泵的額定功率和額定轉(zhuǎn)速的乘積是8．7×10e[(kW．r)／min]，大于API610標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的2.7 X 106規(guī)定值，故必須用流體動(dòng)壓軸承，即依靠軸頸(或止推盤)的回轉(zhuǎn)，把潤滑油帶入軸(或止推盤)與軸瓦之間，建立起油膜壓力以承受載荷。該泵的徑向軸承和止推軸承均采用可傾瓦軸承。這種軸承是由多塊可自由擺動(dòng)的瓦塊組成，在工況變化時(shí)能形成佳油膜，抗振性好，不容易產(chǎn)生油膜振蕩。軸承用強(qiáng)制潤滑方式，潤滑系統(tǒng)包括主油泵和備用油泵各一臺(tái)，管殼式油冷卻器兩臺(tái)、油過濾器兩臺(tái)、油箱一臺(tái)。

    ⑥軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)  軸振動(dòng)和軸位移監(jiān)測(cè)系統(tǒng)執(zhí)行APl670標(biāo)準(zhǔn)，采用B～N3300系列。每個(gè)徑向軸承設(shè)兩個(gè)測(cè)振探頭，測(cè)量z和y兩個(gè)方向的振動(dòng)值。止推軸承上裝一個(gè)軸位移探頭。軸承監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與DCS連接，信號(hào)送中控室。每個(gè)徑向軸承裝一個(gè)雙聯(lián)熱電偶，止推軸承裝三個(gè)雙聯(lián)熱電偶，監(jiān)視軸瓦溫度。

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