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高压氨用泵

时间:2012-4-8 21:16:22来源:编辑:弘凌泵阀

1.工况特点

    高压氨泵用来将液氨从大约2.3MPa升压到约22MPa,然后高压液氨进入高压甲铵喷射器,作为甲铵喷射器的动力液,引射高压高温强腐蚀性的甲铵液,两者混合后一起进入尿素合成塔[合成压力约14~15MPa(G)]。采用此喷射器的目的是为了减轻高压甲铵泵苛刻的工作条件。高压甲铵泵不直接放在合成塔前,而是设置在甲铵冷凝器和预热器之前,因此工作温度从155℃降到80℃,甲铵溶液的浓度也降低,使甲铵泵的腐蚀疲劳问题得到解决。如计入甲铵喷射器的压降值,高压氨泵的排出压力比尿素合成塔的压力约高达20MPa(G)。该泵的工况特点如下:
    ①液氨的相对密度小,根据温度不同为0.58-0.63,因此,对相同压差,比水的扬程高得多。液氨蒸气压高,减压时极易汽化,机械密封选型时要特别注意。
    ②液氨有毒,轴封不允许泄漏。泄漏出的液氨汽化为氨气,是易爆性气体,归为ⅡA类、T1组。液氨汽化时产生低温会使机械密封冲洗水结冰,造成密封环损坏。
    ③属小流量高扬程高压泵。尽管采用汽提法工艺后,尿素合成压力从水溶液全循环法的20MPa降至14~15MPa(G),但高压氨泵要求的压差仍高达20MPa左右,因液氨相对密度小,扬程高达3500m左右,而泵的流量又很小,对日产1 765吨大型尿素装置,正常流量仅103m3/h,泵的大工作压力为~25MPa(G)。
    ④液氨腐蚀性小,过流件材质可用碳钢。当液氨减匪到常匪时,可能出现-33℃的低温。因铜和氨能形成爆性性的络合物,因此泵的零件中禁止使用铜或铜合金(巴氏合金和沉淀硬怀锈钢除外)。
    ⑤可靠性要求高。该泵是合成塔液氨进料泵,一旦出故障,整个尿素装置全部停产,经济损失巨大。此外,该泵价格昂贵,功率大,运行费用高,因此要求其可靠性要高。
    2.泵型式的选择   
    决定高压氨泵型式的重要因素是装置生产能力和合成塔压力。在70年代以前,世界上的尿素生产大多采用水溶液全循环法工艺,合成压力约为20MPa,因高压氨泵压差大,基本上使用往复式泵。70年代开发出C0。汽提和氨汽提工艺,合成压力降为l4~1 5MPa,氨泵压差相应减小,在大型尿素装置中,往复式和离心式高压氨泵并存,但中小型尿素装置仍使用往复式泵。据斯拉姆企业资料,可以使用高速离心泵的小装置能力为日产750吨尿素。泵选型时,要结合建厂地的电价、维修能力和备件供应情况,从以下方面进行综合比较。
    ①效率对比  往复泵本身效率可高达90%,比离心泵高得多,但往复泵流量的调节不如离心泵方便。通常用液力变矩器调速,液力变矩器效率低(<80%),抵消了往复泵的部分节能效果。以日产1750吨尿素装置为例(见表-87),采用液力变矩器调速的往复泵,可比离心泵节省功率180~270kW(17.8%-24.5%),如采用先进的变频电机驱动的往复泵,功率可进一步节约(节省360-450kW)。
                           表2—87  日产1750吨尿素装置不同型式高压氨泵的性能比较

 

    泵的型式
    往复泵
    高速离心泵
    中速离心泵
  机    型
    五缸或七缸
    卧式高速部分流泵
    卧式筒型多级泵
  级数
    1
    2
    10
流量,m3/h
    115
    115
    115
扬程,m
    3400
    3400
    3400
泵转速,r/rain
    70~220
    20500
    7000
功率消耗,kW
    830(用变矩器)
    650(用变速电机)
1100
1010
流量调节范围,%
    30,~100
    35~100
    50~100
机组重量,t
    22
    7.2
    16.4
外形尺寸(长×宽×高),m
    7.5×2.5×3
    5.2×2.1×2.4
    6.5×1.4×1.3
 
    ②投资比较  往复式高压氨泵结构复杂,重量大,投资高于离心泵。根据德国伍德企业资料,两者的相对投资比例可参见表2—88。

 

    泵  类  型
    驱动机
    变矩器
    齿轮箱
    泵
    总计
恒速电动机(1500r/min)
    14.5
    14.5
    6
    65
    100
变速电动机(1500r/min)
26.5
1
6
65
97.5
变速电动机(3000r/min)
    31
    1
    1
    54
    85
汽轮机(冷凝式)
42
冷凝器
36
54
132
 
    ③维修费比较  往复泵结构复杂,填料、柱塞、阀门等易损件多,检修工作量大,费用高。而离心泵除机械密封、密封环为易损件外,日常维修工作量小,操作方便,可长周期运行。据国外企业统计,往复泵的年维修费大约是离心泵的5~6倍。
    ④运转性能  往复泵排压有脉动,要避免管道的共振或水击现象。往复泵轴封如使用油密封,如填料函内漏油量过大,对工艺生产有不利影响。离心泵的故障比往复泵少,运转可靠性高,能保证尿素生产长周期运行。
    至于中小型尿素装置普遍使用的往复式柱塞泵,也应对不同机型的技术参数和结构特点进行比较。表2—89列出三家有代表性厂家生产的往复式高压氨泵的技术性能,从表中可以看出,WORTHINTON企业采用流量减半的泵,用开两台备用一台的方式,配管增多,占地面积加大。三者的功耗相近。影响柱塞和填料寿命的柱塞速度,以PERONl企业的低。泵材质以PERONl企业的产品稍好。综括起来,这三家泵企业的产品技术性能相近,选用时再从价格方面作比较。

 

    技 术性能
    泵  制  造  厂
WORTHINGTON
PERONI
BPCL/URACA
输送介质
    液氨
温度(低/正常/设计),C
   —33/36~33/60
流量(小/正常/大),In3/h
 12.5/32.7/41.5(开二台)
25/65.6/83
 25/65.6/83
流量调节范围,%
    30~100
进口压力(低/正常/设计),ata
    20/21/29
出口压力(正常),MPa
    24
压差(正常),MPa
    21.9
 NPSHa/NPSHr,m
 116/8.3
 116/20
 116/9.6
泵  型  号
VQEH 86/178
 PQ0 125/190
 KD 827
柱塞数量/布置方式
5/立式
5/卧式
5/卧式
柱塞直径/行程,mm
 86/178
 125/190
 150/270
柱塞速度,m/s
 0.26~0.86
 0.25~0.81
 0.27~0.9
泵转速(低/正常/高),r/min
 44/115/145
 38.8/101.8/128
 30/79/1 00
泵额定轴功率,kW
 275×2-550
 562
  552
  减速器轴功率,kW
  283×2-566
  580
  569
  电动机功率,kW
  350×2-700
  700
  650
  重量(泵/底座),kg
  10.3/1.1(每台)
  14/3.2
  13.2/1.5
  安全阀设定压力,MPa
    26.9
轴封型式
    双级填料密封,编织聚四氟乙烯填料
 
小,仅供装配用。泵体密封面经过精磨抛光,无须用垫片,保证了剖分式泵体各级密封环间隙的均匀准确。泵体上设有平衡通道,与泵进口相通,使高压侧和低压侧的轴封箱工作压力都降为泵吸入压力,改善密封条件。
    ⑧叶轮  该泵有l0个叶轮,背对背布置,以平衡轴向力,取消平衡鼓或平衡盘,减少维修部件。叶轮材质为17-4PH高强度不锈钢。
    ④机械密封  高压氨泵进口压力高,轴封腔压力~2.4MPa(G),且泵转速较高,液氨又易汽化,密封难度大。该泵采用美国CRANE企业的28VL/28ST型串联式机械密封,类似于离心压缩机中的干气密封。从泵出口引出的冲洗用液氨,经过滤后通入内侧机械密封;外侧的机械密封是密封端面上带螺旋槽的非接触式干气密封,用N。气作缓冲气,流量1.8Nm3/h。摩擦副组对材质为碳化钨对石墨。采用干气密封是因为常规机械密封通常用冷凝水作为缓冲液,氨减压时温度降低而使水结冰,会造成石墨环破裂。
    ⑨轴承该泵的额定功率和额定转速的乘积是8.7×10e[(kW.r)/min],大于API610标准规定的2.7 X 106规定值,故必须用流体动压轴承,即依靠轴颈(或止推盘)的回转,把润滑油带入轴(或止推盘)与轴瓦之间,建立起油膜压力以承受载荷。该泵的径向轴承和止推轴承均采用可倾瓦轴承。这种轴承是由多块可自由摆动的瓦块组成,在工况变化时能形成佳油膜,抗振性好,不容易产生油膜振荡。轴承用强制润滑方式,润滑系统包括主油泵和备用油泵各一台,管壳式油冷却器两台、油过滤器两台、油箱一台。
    ⑥轴承监测系统  轴振动和轴位移监测系统实行APl670标准,采用B~N3300系列。每个径向轴承设两个测振探头,测量z和y两个方向的振动值。止推轴承上装一个轴位移探头。轴承监测系统与DCS连接,信号送中控室。每个径向轴承装一个双联热电偶,止推轴承装三个双联热电偶,监视轴瓦温度。
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