碳洗塔带灰、带水原因分析及技术对策.doc

碳洗塔带灰、带水原因分析及技术对策许令奇(安徽淮化集团有限责任公司，安徽淮南 232038) 2003-09-16 我公司“1830”工程德士古气化装置自2000年8月开车以来，一直存在着碳洗塔带灰、带水问题，表现为：(1)碳洗塔阻力上升较快(1个月左右阻力增至0.2MPa以上)，停车检查发现除沫器结灰严重，说明碳洗塔阻力上升主要是因为除沫器堵塞；(2)后工序变换炉之前的煤气分离器的分离冷凝液量较大，灰随合成气带入变换炉后，影响变换催化剂的活性，降低了催化剂的使用寿命，且变换系统阻力上升较快，运行3个月后，阻力增加0.3MPa以上，迫使系统停车处理，严重影响了系统的经济运行。此问题被公司列为2002年“八大攻关课题”之一。经过两年来的不断摸索，近期终于取得实质性突破，找出了带灰、带水的原因，并在此基础上进行工艺参数调整和设备改造，效果显著。1 带灰、带水现象及原因分析1.1 带灰、带水现象 结合两年来的运行实践，伴随着我们对碳洗塔内件的局部改造，带灰、带水问题可分为两个阶段。 (1)碳洗塔改造前，开车初期碳洗塔不带水，阻力缓慢上升，约半个月后，碳洗塔阻力(停车检查发现主要是除沫器结灰)上升到一定值，开始发生带水现象，带水量较大，且塔板给水量越多带水量就越大。在这个过程中，变换系统阻力一直缓慢上升(停车检查发现是合成气带灰所致)。对此，我们采取塔板扩孔、增加一组除沫器等办法，起到了一定的作用，但未有明显改善。 (2)经过分析我们认为，当碳洗塔阻力达到一定值后，带水量随塔板给水量增加而增大，很可能是除沫器压差变大后产生虹吸现象，使二层塔板给水随除沫器降液管返回到除沫器被带入后工序。于是我们移去了除沫器降液管，开车后的最初20天碳洗塔不带水，但阻力仍缓慢上升，当阻力上升到一定程度后，碳洗塔开始带水，但带水量较少、较稳定，并不随塔板给水量变化而变化，而变换系统阻力仍和以前一样缓慢上升，三个月左右，系统因变换阻力大被迫停车处理。1.2 原因分析 对于前一种大量带水现象，通过移去除沫器降液管已得到解决。要理解后一种“前期不带水”而当碳洗塔阻力上升后才发生带水的现象，首先必须认清一个概念，即带灰、带水其实是一个问题。出碳洗塔的合成气中水蒸气几乎是饱和的，当合成气中灰含量大时，合成气中的附着物增加，带水就多。其实开车前期也一直存在着带灰、带水现象，表现为碳洗塔、变换系统阻力一直缓慢增长，只不过此时除沫器的分离效果较好，合成气中附着水被分离后又回到塔内，所以从变换炉之前的煤气分离器看不出较多的冷凝液量，这就是开车前期我们看到的“前期不带水现象”；随着运行时间变长，除沫器集灰越来越多、阻力慢慢增大，当阻力增大到一定程度后，除沫器流通通道变小，合成气通过除沫器的流速增大，使除沫器分离作用逐渐丧失，此时煤气分离器分离的冷凝液量逐渐变大，这就是所谓的后期带水现象，但此时的带水和塔板给水量无关，只与系统负荷及通过除沫器的气体流速有关。 通过以上分析得知，产生带灰、带水现象的根本原因是合成气含灰量大，亦即说明合成气洗涤部分出了问题。德士古气化对合成气的洗涤有四步：气化炉激冷室、喷嘴洗涤器、碳洗塔塔釜、碳洗塔塔板。喷嘴洗涤器对干气的洗涤效果较好，影响因素为气体流速、喷嘴洗涤给水量；影响塔板洗涤效果的因素为塔板给水量、塔板开孔率、穿过塔板孔的气体流速、塔板堰槽高度等；影响气化炉激冷室、碳洗塔塔釜洗涤效果的因素为激冷室和碳洗塔液位、穿过液封的时间以及洗涤水中的灰含量。是什么原因使洗涤效果变差了呢?通过研究我们发现：正常生产中，气化炉激冷室和碳洗塔液位是可控制的，且一般都按工艺指标操作，喷嘴洗涤器、碳洗塔塔板给水量都是可调的，在给水量一定时，喷嘴洗涤器和碳洗塔的洗涤效果只与负荷有关，负荷过高(在实际生产中不允许)或过低都会影响洗涤效果(实际生产中低负荷运行时碳洗塔阻力上升较快已得到验证)，而在正常生产负荷下，影响洗涤效果的因素中变化最女的则是气化炉、碳洗塔洗涤水中的灰含量(喷嘴、气化炉运行工况的好坏对洗涤效果也有较大影响，因其是不可控因素，这里不讨论)，因为我公司德士古气化装置设计运行灰分为14.78，实际运行中煤的灰分都在20左右，煤灰分条件改变后，系统循环水量未作调整，使激冷室、碳洗塔洗涤水中的灰含量变大，影响了洗涤效果，合成气中的灰含量增大，造成碳洗塔、变换系统阻力上升。灰分为14.78和20时所对应的各设计参数和实际运行参数对照见表1。2 技术改造及效果 通过上述原因分析并结合实际工况，我们做了以下两个方面工作：(1)调整系统与洗涤有关的工艺运行参数(见表1)；(2)考虑到碳洗塔塔板开孔率较难改变，适当增加了塔板堰槽高度，以增大合成气穿过塔板水相的时间。改造完成投入运行后，我们重新制定了工艺指标，并加强工艺管理，但由于设备、阀门、前后工艺协调等方面的原因，有些工艺参数很难得到严格执行(例如：因气化炉激冷环堵导致激冷水流量偏小，因阀门问题而使碳洗塔排水量很难控制，因水气比原因而使系统循环水量难以稳定等)，即使这样，仍取得了明显的效果，碳洗塔阻力由原来运行月余就增至0.2MPa以上降为运行两个月阻力小于0.2MPa(若考虑运行到后期由于激冷环堵导致阻力，上升较快，此数值应该更小)，变换系统阻力上升速率也大大下降，为系统长周期经济运行提供了保证。改造前后变换系统运行50天阻力上升对照见表2。3 技改建议 对于煤质很难稳定和激冷环易堵的生产厂家，为保证对合成气的洗涤，为系统长周期稳定、经济运行提供有利条件，建议未来改造还可从以下两个方面入手。 (1)将气化炉激冷室合成气出口喷淋水管管径改大，增大喷淋水量，其作用有二：一是正常生产时，水量不变或稍增加水量，就可确保对出激冷室合成气的洗涤；二是当激冷环堵时，增大水量可作为激冷水的补充以降低洗涤水中的灰含量，同时又起到了对合成气的洗涤作用。 (2)把加入碳洗塔塔釜的冷凝液改为由上升管上方喷淋加入，使冷凝液对合成气的洗涤由两级塔板变为一级喷淋、两级塔板洗涤。通用离心泵机械密封泄漏原因分析与处理侯邦华（泸天化股份公司检修） 2007-05-111 结构原理简介 机械密封是一种旋转轴用的接触式动密封，它是在流体介质和弹性元件的作用下，两个垂直于轴心线的密封端面紧贴着相对旋转，从而达到密封的要求。 通用离心泵机械密封种类繁多，型号各异，但它们的泄漏点基本上都表现在6处：动、静环端面处；静环与静环盒的辅助密封处；动环与轴套的辅助密封处；静环盒与密封泵体之间的密封处；轴套与泵轴之间的密封处；动环镶嵌结构配合处。 其主要结构如图1所示。2 机械密封的故障表现 （1）密封端面的故障：磨损、热裂、变形、破损（尤其是非金属密封端面）。 （2）弹簧的故障：松弛、断裂和腐蚀。 （3）辅助密封圈的故障：装配性的故障有掉块、裂口、碰伤、卷边和扭曲；非装配性的故障有变形、硬化、破裂和变质。 机械密封的故障在运行中集中表现为振动、发热、磨损，最终以介质向外泄漏的形式出现。3 机械密封泄漏的原因分析及处理 一般泵用机械密封在安装后都要经过静态和动态的试验，以确认机械密封安装正确，当发现有泄漏时，便于及时进行维修。另外，在正常运转时也可能突然出现泄漏，此时可以根据情况进行综合分析，确认导致机械密封泄漏的真正原因，便于解决。下面就静压试验时泄漏、周期性或阵发性泄漏和经常性泄漏3种情况分别进行说明。3.1 静压试验时泄漏 a. 密封端面安装时碰伤、变形、损坏； b. 密封端面间安装时夹入颗粒状杂质； c. 密封端面由于定位螺钉松动或没有拧紧，压盖（静止型的静环组件为压板）没有压紧； d. 机器设备精度不够，使密封端面没有贴合； e. 动静环密封面未被压紧或压缩量不够或损坏； f. 动静环“V”形密封圈方向装反； g. 轴套漏，则是轴套密封圈装配时未被压紧或压缩量不够或损坏。 处理：加强装配时的检查、清洗；严格按技术要求进行装配。3.2 周期性或阵发性泄漏 a. 转子组件轴向窜动量太大。 处理：调整推力轴承，使轴的轴向窜动量不大于0.25mm。 b. 转子组件周期性振动。 处理：找出原因并予以消除。 c. 密封腔内压力经常大幅度变化。 处理：稳定工艺操作条件。3.3 经常性泄漏3.3.1 由于密封端面缺陷引起的经常性泄漏 a. 弹簧压缩量（机械密封压缩量）太小。 b. 弹簧压缩量太大，石墨动环龟裂。 c. 密封端面宽度太小。 处理：增大密封端面宽度，并相应增大弹簧作用力。 a. 补偿密封环的浮动性太差（密封圈太硬或硬化或压缩量太大，补偿密封环的间隙太小）。 处理：对补偿密封环间隙太小的，增大补偿密封环的间隙。 b. 镶钻或粘结动、静环的结合缝泄漏（镶装工艺欠佳，存在残余变形；材料不均匀；粘结剂变形）。 c. 动、静环损伤或裂纹。 d. 密封端面磨损，补偿能力消失。 e. 动、静环密封端面变形（端面所受弹簧作用力太大，按摩热太大，产生热变形；密封零件结构不合理、强度不够，受力而变形；由于加工等原因，密封零件有残余变形；安装时用力不均引起变形）。 处理：更换有缺陷的或损坏的密封环。 f. 动、静环密封端面与轴中心线垂直度偏差过大，动、静环密封面相对平行度差过大。 处理：调整密封端面。3.3.2 由辅助密封圈引起的经常性泄漏 a. 密封圈的材料不对，耐磨、耐腐、耐温，抗老化性能太差，以致过早发生变形、硬化、破裂、融解等。 b.“O”形密封圈的压缩量不对，太大，容易装坏，太小，密封效果不好。 c. 安装密封圈的轴（或轴套）、密封端盖和密封腔，在“O”形密封圈推进的表面有毛刺倒角不光滑或角倒圆不够大。 处理：对毛刺和不光滑的倒角，应适当修整平滑，适当加大圆弧和倒角，修整平滑。 d.“O”形密封圈发生掉块、裂口、碰坏、卷边和扭曲。 处理：注意装配事项。3.3.3 由于弹簧缺陷引起的泄漏 a. 弹簧端面偏斜。 b. 多弹簧型机械密封，各弹簧之间的自由高度差太大。3.3.4 由于其它零件引起的经常性泄漏 如传动、紧定和止推零件质量不好或松动引起的泄漏。3.3.5 由于转子引起的经常性泄漏 如转子振动引起的泄漏。3.3.6 由于机械密封辅助机构引起的经常性泄漏 冲洗冷却液流量太大或太小，压力太大或太小；注意方向和位置不对；注意质量不佳，有杂质。3.3.7 由于介质的问题引起的经常性泄漏 a. 介质里有悬浮性微粒或结晶长时间积聚结果，堵塞在动环与轴之间、弹簧之间。弹簧与弹簧座之间，使补偿密封环不能浮动，失去补偿缓冲作用。 b. 介质里的悬浮微粒或结晶堵在密封端面间，使密封端面迅速磨损。 处理：开车前要先开冲洗冷却液阀门过一段时间再盘车开车；如加大冲洗冷却液；适当提高介质入口温度；提高介质过滤、分离效果。4 检修中需注意的几个问题 在实际检修工作中，常常容易存在一些误区，主要是对机械密封的一些附属零部件的密封作用原理的理解上出现偏差。下面就这方面的问题作一些简单的说明。4.1 弹簧压缩量越大密封效果越好 其实，弹簧压缩量过大，会导致密封摩擦副的急剧磨损，瞬间就可能烧损。过度的压缩使弹簧产生永久塑性变形，失去调节动环端面的能力，从而使密封失效。4.2 动环密封圈越紧越好 其实动环密封圈过紧有害无益。一是加剧密封圈与轴套间的磨损，引起过早泄漏；二是增大了动环轴向调整、移动的阻力，在工况变化频繁时无法适时进行调整；三是弹簧过度疲劳易损坏；四是使动环密封圈变形，影响密封效果。4.3 静环密封圈越紧越好 静环密封圈基本处于静止状态，相对较紧密封效果会好些，但过紧也是有害的。一是引起静环过度变形，影响密封效果；二是静环材质以石墨居多，一般比较脆，过度受力极易引起碎裂；三是安装、拆卸困难，极易损坏静环。静环的安装形式的选择要充分考虑在相应的工况下的浮动能力，安装后能自动追随动环面与之贴合，如果静环密封圈过紧，使静环安装后不能浮动，就会产生偏磨，过早的失效。4.4 叶轮锁紧螺母越紧越好 机械密封泄漏中，轴套与轴之间的泄漏（轴间泄漏）是比较常见的。一般认为，轴间泄漏就是叶轮锁紧螺母没锁紧，其实导致轴间泄漏的因素较多，如轴间垫圈失效、偏移，轴间内有杂质，轴与轴套配合处有较大的形位误差，接触面被破坏，轴上各部件间有间隙，轴头螺纹过长等，都会导致轴间泄漏。锁紧螺母锁紧过度只会导致轴间垫圈过早失效。其实，适度拧紧锁紧螺母，可以使轴间垫始终保持一定的压缩弹性，在运转中锁紧螺母会自动适时锁紧，使轴间始终处于良好的密封状态。4.5 新的比旧的好 相对而言，使用新机械密封的效果好于旧的，但如果新机械密封的质量或材质选择不当时，或配合尺寸误差较大时，就会影响密封效果。在聚合性和渗透性介质中，静环如果没有出现过度磨损，还是不更换为好。因为静环在静环座中长时间处于静止状态，使聚合物和杂质沉积为一体，起到了较好的密封作用。其实