碳黑洗涤塔给水泵故障分析及对策

1、碳黑洗涤塔给水泵故障分析及对策俞坚祥周德明马 丹 王 斌( 镇海炼油化工股份公司化肥厂，浙江宁波，315207) 2002-10-161 存在问题镇海炼化股份公司化肥厂合成氨装置采用劣质高硫渣油掺烧炼油催化油浆，代替原设计的减压胜利渣油作为气化炉原料，取得了很好的经济效益。但由于原料的变化，对很多设备的运行带来了冲击，碳黑洗涤塔给水泵(4113-P5) 就是其中之一。4113-P5 泵将来自4113-V1 底部的灰水升压， 经换热器 (4113-E1) 换热之后， 送碳黑洗涤塔作洗涤水，循环使用。 该泵为七级离心泵，型号HDBR-R5 7，一开一备。原由日本酉岛制作所制造，采用筒式结构，转子产

2、生的轴向力平衡采用平衡鼓结构，其余由止推轴承平衡。轴封型式为填料密封，0.8MPa 的纯水作为填料密封的冲洗水，平衡腔排出压力0.4MPa 左右。 4113-P5 泵的具体参数为：灰水作介质，进口压力0.164 0.45MPa，进口驱动功率700kW转速2970r min。4113-P5泵自2001 年 3 月 7 日气化炉开始采用渣油掺烧部分催化油浆以来，经常发生平衡腔压力高，引起轴向力、振动超标，被迫倒泵抢修。自 2 月 17 日 4113-P5 泵投运至6 月 22 日，因故障解体大修9 次，累计运行时间最长790h，最短仅为47h 平均累计运行时间为248h( 见表 1) 。严重影响装

3、置的安稳长运行，必须采取切实有效的措施，解决平衡腔压力升高快而引起的故障。2 原因分析自 2001 年 2 月 17 日 4113-P5 泵投运以来， 失效主要是由于平衡鼓及平衡鼓衬套磨损，平衡间隙增大， 导致平衡腔压力高，轴向力、振动增大，填料泄漏，甚至发生止推轴承烧瓦。主要原因有：1) 原料改变引起工艺介质的变化化肥厂从 3 月 7 日开始在气化炉原料渣油中掺入部分催化油浆，比例逐渐提高， 最高时比例达51。从表 2 原料性质的对比中可知，催化油浆中的灰分比胜利渣油等减压渣油要高，而一般的减压渣油中没有催化油浆中的铝与硅，老催化油浆中的铝与硅又远高于新催化油浆。气化炉原料中灰分( 特别是铝

4、与硅 ) 含量的大幅度增加，使通过气化反应后作为4113-P5 泵介质的灰水中，悬浮物含量大量增加；4月下旬掺烧老催化油浆后，灰水中的悬浮物含量更是大幅度增加，尽管通过降低气化炉的碳黑生成量、加大废水排放量、适当调整萃取工况等，但系统中悬浮物仍维持在较高水平( 悬浮物设计值为200mg kg) 。从 4113-P5 泵入口取样分析数据可知：从 2000-01-03 2000-10-10间灰水中的悬浮物含量在63550mg kg 之间，平均值为174.6mgkg，而 2001 年开车以来，灰水中悬浮物的含量高，变化幅度大，最大时达 2776mgkg( 变化趋势见图1) ，悬浮物含量的平均值为50

5、0mg/kg 左右，大大超过历史最高水平。2) 平衡腔出口管线配置不合理该泵的平衡管线由平衡腔出口配至泵入口罐，管线总长达21m，其中垂直高度13m，管线口径由DN25扩大到 DN50，最后扩大到 DN650。由于平衡管线距离长、弯头多，管径扩大后流速放慢，介质中的悬浮颗粒易于发生沉积，使平衡腔出口管线阻力增加，甚至发生堵塞，造成平衡腔内压力升高，影响轴向力的平衡效果。3采取对策及效果根据上述分析的结果，对影响1)改善工艺介质条件4113-P5 泵运行的介质，平衡鼓衬套的结构及平衡腔出口管线采取了有针对性的措施和改造。渣油掺烧炼油催化油浆造成4113-P5 泵工艺条件的恶化，因此决定对催化油浆

6、进行沉降处理。通过对贮存催化油浆的10000m3原料油罐的出油口进行改造，将原设计的出油口由罐底提高到离罐底2m，使该罐起到澄清器的作用，使灰分沉降在罐底，降低进入系统的悬浮物。 6 月 18 日，改造后的原料油罐投用，通过对油罐出口取样分析，Al和Si含量均在50mg/kg以下，证明罐内油浆中悬浮物大部分已沉降，而4113-P5泵入口处灰水取样分析数据显示( 见图1) ，悬浮物含量大幅下降，平均值降至385mg/kg。2)平衡鼓衬套结构改造对泵的工艺介质采取沉降措施后，悬浮物的含量仍远高于200mg kg 的设计工况，也高于300mgkg 的最高控制指标，要彻底解决因悬浮物增多使平衡鼓与衬套

7、的磨损加速，最终导致泵运行寿命短的问题，必须为平衡鼓与衬套提供一个较为干净的运行环境。为此，对平衡鼓衬套结构进行改造，在平衡间隙入口处，设置水封环，以高锅炉水作为冲洗水，由于锅炉水与末级叶轮出口压力之间存在2MPa的压差，可以有效阻止介质中的悬浮物进入平衡间隙。改造后的结构见图2。平衡鼓衬套灰水入口侧外圆周加工8 个均匀分布的帖ITIIH小孔，内圆表面侧加工宽6mm、深 3mm的环形槽，作为密封水均匀分布的水封环，水封环外侧加工宽4mm、深 3mm，装“ O”形圈的密封槽，起密封冲洗水的作用。6 月 25 日，投用高压冲洗水后，4113-P5 泵的运行状况明显得到改善，一直运行平稳。3) 平衡

8、腔出口管线的改造将平衡腔出口管线直接配至泵进口，长度仅为2m，管径由出口的DN25经大小头扩大为DN50。平衡腔出口管线改造后，在相同平衡间隙的条件下，平衡腔压力下降了0.2MPa，消除了平衡管线堵塞现象，改善了轴向力的平衡效果，降低了泵的振动。2001 年 5 月 9 日，平衡管线改造投用后，各测点振动均有不同程度的下降(见表 3)。4113-P5 泵实施改造后，一直平稳运行，累计运行时间已起过3600h，有效地解决了该泵因平衡间隙增大，平衡腔压力快速升高而失效的问题。为同类型化肥装置原料劣质化改造后，减少介质中的灰分含量积累了经验，同时也为输送颗粒度较高介质的同类型泵的结构改造及设计提供了

9、实践基础。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“ 18·30”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

10、，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 ) 。

11、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

12、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

13、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

14、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

15、，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