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摘 要：针对往复式高压甲铵泵在进口温度、组分发生变化后出现的故障进行原因分析，提出解决措施，实现了高压甲铵泵及尿素装置的长周期稳定运行。
关键词：高压甲铵泵;组合阀;柱塞填料;泄漏
高压甲铵泵是尿素装置的关键设备之一，是在生产中将回收系统回收的一定浓度的甲铵液返回到高压系统，重新参与合成反应的主要设备。河南晋煤天庆煤化工有限责任公司原设计年产30万吨尿素装置，采用二氧化碳汽提工艺，将装置进行了系统扩能改造，尿素产能提高到年产52万吨尿素，由于扩能后的高压甲铵泵进料温度、压力、组分发生改变，高压甲铵泵在运行中频繁出现故障，严重制约着尿素装置的稳定运行，结合高压甲铵泵的使用情况，对常见故障原因进行分析，并找到优化改进措施，实现了高压甲铵泵及尿素装置的长周期稳定运行。
1 高压甲铵泵的结构原理及主要性能参数
1.1结构原理
高压甲铵泵型号为3JA-16/16.6-TB，卧式三柱塞容积式往复泵，该泵由动力端和液力端组成，动力端由电机、减速箱、曲轴箱等组成;液力端由组合阀、填料、缸头、密封水、安全阀等组成。泵液力端的过流元件采用耐酸不锈钢制造，泵设计为连续运转型，由电动机通过变频器来实现变频调速，带动齿轮减速器传动使泵的流量可进行无极调速。
1.2出厂性能参数
输送介质：甲铵液，介质设计温度：74-80℃;介质特性易结晶;流量Q：14-16m?/h;电动机功率：110kw;设计吸入压力：0.415MPa（G），排除压力：16.6MPa（G）;缸数：3;柱塞直径：92mm，柱塞行程：160mm;容积系数：≤90%;泵效率：≤83%;泵速：79-90r/min;柱塞采用A4钢材质;柱塞填料采用四氟芳纶材质;组合阀密封垫片采用尼龙材质。
2 高压甲铵泵的应用现状
2.1工艺条件
尿素装置扩能改造后共有5台高压甲铵泵，正常4开1备，输送介质温度：96-99℃，比设计温度升高约20℃;吸入压力：1.7-1.8MPa（G）;
2.2运行状况
尿素装置扩能增加中压系统后，高压甲铵泵进料的甲铵液温度、组分、压力实际运行参数发生很大变化，高压甲铵泵运行频繁出现故障，运行周期只有15-30天，由于产能提高后甲铵泵需开四备一，运行中甲铵泵频繁出现故障，给检修带来了很大的工作量，连续生产安全稳定运行带来极大隐患。
3 高压甲铵泵常见故障及原因分析
高压甲铵泵运行期间，常见故障有泵不打量、打量小、失压、柱塞填料泄漏严重等，分析其原因如下：
（1）高压甲铵泵进料甲铵液组分影响。甲铵液的氨碳比低，CO2含量偏高，泵易气化。
（2）柱塞填料耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性不够。装置扩能后高压甲铵泵进料甲铵液温度比原设计升高20℃左右，四氟芳纶填料与甲铵液接触易老化变硬失去弹性，同时填料在柱塞运动产生的高温中发生形变，致使填料失效泄漏。
（3）组合阀晃动。往复泵的固定压盖的螺栓在泵交变应力热膨胀等作用下，经常出现微松动，在柱塞运行中，造成填料箱的微串动，组合阀在缸体内的微串动，以至于填料磨损泄漏，缸内磨损出纵向沟槽，密封圈失效高串低等等。
（4）柱塞抗磨性不够。柱塞在高频率往复运动中，柱塞表面涂层强度不够、表面出现划痕，填料缝隙慢慢变大造成填料泄漏，同时有缺陷的柱塞还会加剧对对填料的磨损。
（5）组合阀内密封垫片耐高温性、耐腐蚀性不够。原厂采用尼龙材质，在使用中发现尼龙密封垫片易老化变脆，失去塑性，组合阀与缸体的密封垫密封失效，出现“高窜低”现象，造成高压甲铵泵打量偏小。
（6）组合阀内进入杂物。柱塞填料磨损后，导向套、压环出现破损，破损后的碎物进入组合阀后造成高压甲铵泵不上量。
4 优化改进措施
关小中压系统加CO2阀，提高回收系统的氨碳比。
填料的材质选型进行改进。通过对甲铵液特性和使用时的填料温度特性分析，填料需要满足耐腐蚀性、耐高温性、紧密性和耐磨性才能保证其使用效果，通过和多个厂家沟通配合最后采用由碳纤维内部填充石墨粉预压成型制成的填料，碳纤维具有好的耐腐蚀性，高温也不容易变性，填充的石墨材质具有良好的密封性和自润滑性。
（3）柱塞的改进。通过多次试验找到了一种可以激光熔覆在柱塞表面的陶瓷类材质，这种材质不仅抗磨抗腐蚀性强，还可以牢固的附着在柱塞表面不脱落。满足生产的需要，柱塞运行300天时间表面仍十分光亮，使用时间大大加长。
（4）对组合阀密封垫片尼龙材质的改进。组合阀和填料函的端面密封垫改进為改性四氟，组合阀与高压缸体间的密封垫片改用为PEEK的垫片，在强度、耐高温、耐腐蚀性、抗老化性上远胜尼龙材质，完全可满足生产需要。
（5）改变组合阀压盖紧固形式。采用由8片专用蝶形弹簧组成的压盖形式对组合阀压紧，既保证了组合阀和填料箱的稳固性，还有效保证了组合阀在缸体内的稳定性，避免了对缸体表面的磨损，大大提高了高压甲铵泵的运行周期，为系统安全稳定运行提供了保障。
5 结语
往复式柱塞泵是化工生产企业常用的一种设备，河南晋煤天庆煤化工有限责任公司以高压甲铵泵为例，结合实际运行情况，指出常见的故障及原因分析，并阐述了优化改进措施，高压往复泵在生产中经常出现故障问题得到了有效遏制。
参考文献：
[1]张红伟，高压甲铵泵填料破损原因分析与维护[J].河南化工，2012，（29）：37-39.
[2]马海莉，高压甲铵泵的稳定运行技术改造[J].江西化工，2013（3）：23-25.
作者简介：
张小伟（1990.04-），男，汉，山西省高平市，大专，助理工程师，河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，研究方向：设备管理。
（河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南 焦作 454500）
关键词：高压甲铵泵;组合阀;柱塞填料;泄漏
高压甲铵泵是尿素装置的关键设备之一，是在生产中将回收系统回收的一定浓度的甲铵液返回到高压系统，重新参与合成反应的主要设备。河南晋煤天庆煤化工有限责任公司原设计年产30万吨尿素装置，采用二氧化碳汽提工艺，将装置进行了系统扩能改造，尿素产能提高到年产52万吨尿素，由于扩能后的高压甲铵泵进料温度、压力、组分发生改变，高压甲铵泵在运行中频繁出现故障，严重制约着尿素装置的稳定运行，结合高压甲铵泵的使用情况，对常见故障原因进行分析，并找到优化改进措施，实现了高压甲铵泵及尿素装置的长周期稳定运行。
1 高压甲铵泵的结构原理及主要性能参数
1.1结构原理
高压甲铵泵型号为3JA-16/16.6-TB，卧式三柱塞容积式往复泵，该泵由动力端和液力端组成，动力端由电机、减速箱、曲轴箱等组成;液力端由组合阀、填料、缸头、密封水、安全阀等组成。泵液力端的过流元件采用耐酸不锈钢制造，泵设计为连续运转型，由电动机通过变频器来实现变频调速，带动齿轮减速器传动使泵的流量可进行无极调速。
1.2出厂性能参数
输送介质：甲铵液，介质设计温度：74-80℃;介质特性易结晶;流量Q：14-16m?/h;电动机功率：110kw;设计吸入压力：0.415MPa（G），排除压力：16.6MPa（G）;缸数：3;柱塞直径：92mm，柱塞行程：160mm;容积系数：≤90%;泵效率：≤83%;泵速：79-90r/min;柱塞采用A4钢材质;柱塞填料采用四氟芳纶材质;组合阀密封垫片采用尼龙材质。
2 高压甲铵泵的应用现状
2.1工艺条件
尿素装置扩能改造后共有5台高压甲铵泵，正常4开1备，输送介质温度：96-99℃，比设计温度升高约20℃;吸入压力：1.7-1.8MPa（G）;
2.2运行状况
尿素装置扩能增加中压系统后，高压甲铵泵进料的甲铵液温度、组分、压力实际运行参数发生很大变化，高压甲铵泵运行频繁出现故障，运行周期只有15-30天，由于产能提高后甲铵泵需开四备一，运行中甲铵泵频繁出现故障，给检修带来了很大的工作量，连续生产安全稳定运行带来极大隐患。
3 高压甲铵泵常见故障及原因分析
高压甲铵泵运行期间，常见故障有泵不打量、打量小、失压、柱塞填料泄漏严重等，分析其原因如下：
（1）高压甲铵泵进料甲铵液组分影响。甲铵液的氨碳比低，CO2含量偏高，泵易气化。
（2）柱塞填料耐高温性、耐腐蚀性、耐磨性不够。装置扩能后高压甲铵泵进料甲铵液温度比原设计升高20℃左右，四氟芳纶填料与甲铵液接触易老化变硬失去弹性，同时填料在柱塞运动产生的高温中发生形变，致使填料失效泄漏。
（3）组合阀晃动。往复泵的固定压盖的螺栓在泵交变应力热膨胀等作用下，经常出现微松动，在柱塞运行中，造成填料箱的微串动，组合阀在缸体内的微串动，以至于填料磨损泄漏，缸内磨损出纵向沟槽，密封圈失效高串低等等。
（4）柱塞抗磨性不够。柱塞在高频率往复运动中，柱塞表面涂层强度不够、表面出现划痕，填料缝隙慢慢变大造成填料泄漏，同时有缺陷的柱塞还会加剧对对填料的磨损。
（5）组合阀内密封垫片耐高温性、耐腐蚀性不够。原厂采用尼龙材质，在使用中发现尼龙密封垫片易老化变脆，失去塑性，组合阀与缸体的密封垫密封失效，出现“高窜低”现象，造成高压甲铵泵打量偏小。
（6）组合阀内进入杂物。柱塞填料磨损后，导向套、压环出现破损，破损后的碎物进入组合阀后造成高压甲铵泵不上量。
4 优化改进措施
关小中压系统加CO2阀，提高回收系统的氨碳比。
填料的材质选型进行改进。通过对甲铵液特性和使用时的填料温度特性分析，填料需要满足耐腐蚀性、耐高温性、紧密性和耐磨性才能保证其使用效果，通过和多个厂家沟通配合最后采用由碳纤维内部填充石墨粉预压成型制成的填料，碳纤维具有好的耐腐蚀性，高温也不容易变性，填充的石墨材质具有良好的密封性和自润滑性。
（3）柱塞的改进。通过多次试验找到了一种可以激光熔覆在柱塞表面的陶瓷类材质，这种材质不仅抗磨抗腐蚀性强，还可以牢固的附着在柱塞表面不脱落。满足生产的需要，柱塞运行300天时间表面仍十分光亮，使用时间大大加长。
（4）对组合阀密封垫片尼龙材质的改进。组合阀和填料函的端面密封垫改进為改性四氟，组合阀与高压缸体间的密封垫片改用为PEEK的垫片，在强度、耐高温、耐腐蚀性、抗老化性上远胜尼龙材质，完全可满足生产需要。
（5）改变组合阀压盖紧固形式。采用由8片专用蝶形弹簧组成的压盖形式对组合阀压紧，既保证了组合阀和填料箱的稳固性，还有效保证了组合阀在缸体内的稳定性，避免了对缸体表面的磨损，大大提高了高压甲铵泵的运行周期，为系统安全稳定运行提供了保障。
5 结语
往复式柱塞泵是化工生产企业常用的一种设备，河南晋煤天庆煤化工有限责任公司以高压甲铵泵为例，结合实际运行情况，指出常见的故障及原因分析，并阐述了优化改进措施，高压往复泵在生产中经常出现故障问题得到了有效遏制。
参考文献：
[1]张红伟，高压甲铵泵填料破损原因分析与维护[J].河南化工，2012，（29）：37-39.
[2]马海莉，高压甲铵泵的稳定运行技术改造[J].江西化工，2013（3）：23-25.
作者简介：
张小伟（1990.04-），男，汉，山西省高平市，大专，助理工程师，河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，研究方向：设备管理。
（河南晋煤天庆煤化工有限责任公司，河南 焦作 454500）