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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
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泵的型式
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往复泵
|
高速离心泵
|
中速离心泵
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机 型
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五缸或七缸
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卧式高速部分流泵
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卧式筒型多级泵
|
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级数
|
1
|
2
|
10
|
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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。
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泵 类 型
|
驱动机
|
变矩器
|
齿轮箱
|
泵
|
总计
|
|
|
往
复
式
|
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
|
|
|
离
心
式
|
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。
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技 术性能
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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
|
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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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