刘长鑫，秦伟
（海洋石油富岛有限公司，海南 东方572600）
［摘 要］海洋石油富岛有限公司520 kt/a斯纳姆氨汽提法尿素装置高压氨泵（P101A/B，一开一备）原设计其轴端采用两级干气密封，一级密封依靠外来液氨经过汽化形成气膜密封，由于气膜稳定性差一般使用3～4个月就开始出现泄漏，且高压氨泵备件昂贵、采购周期超长，严重影响系统的安全稳定运行。为此，对P101A实施泵本体及配套密封国产化改造——改成水系统机械密封形式，并配套2台密封水泵（P138A/B）。2022年6月，P138A运行约20 d后突然出现振动异常现象，多次检查及处理未能消除，后续6个月时间内P138A只能作为紧急备用泵（期间P138B运行稳定），存在重大安全隐患。经不断分析与研究，结合振动频谱图，最终确认为叶轮不平衡所致，适当去除叶轮质量后，解决了P138A振动异常问题。
［关键词］尿素装置；高压氨泵；密封水泵；振动异常；原因分析；叶轮不平衡；处理措施
［中图分类号］TH311 ［文献标志码］B ［文章编号］1004-9932（2025）01-0046-03
0 引 言
海洋石油富岛有限公司（简称富岛公司）520 kt/a斯纳姆氨汽提法尿素装置（其造粒系统采用海德鲁流化床大颗粒造粒工艺）于1996年投产以来，总体运行状况较好。其中，高压氨泵（P101A/B）为尿素装置的核心设备之一，原设计其轴端密封采用两级干气密封，一级密封依靠外来液氨经过汽化形成气膜密封，该气膜稳定性差，无论是原进口机封还是国产机封，使用3～4个月就开始出现泄漏；原始安装时，外方通过扩大排放孔板直径来实现压力表示数达标运行，故现场高压氨泵机封排放管线常年处于结霜状态，且需要监控机封泄漏量；高压氨泵运行不稳定、故障率高，且备件昂贵、采购周期超长[意大利新比隆（NUOVO PIGNONE）公司的备件供货周期超长，通常在16个月以上]，非常不利于尿素装置的安全稳定运行。为此，富岛公司选择将P101A的轴端密封改成水系统机械密封——增设密封水泵（P138A/B）为其提供压力约3.0 MPa的密封冲洗水，增设的密封水泵2022年投运后，高压氨泵运行稳定性大大增强。2022年6月，新技改高压氨泵（P101A）的配套密封水泵P138A运行约20 d后突然出现振动异常现象，多次检查及处理均未消除，后续长达6个月的时间内P138A只能作为紧急备用泵（期间P138B运行稳定），存在重大安全隐患。为保证尿素装置的安全、稳定运行，检修人员结合现场实际情况与振动频谱进行分析，最终找到了症结所在，采取相应的措施解决了P138A振动异常问题。
1 设备概况
高压氨泵（P101）作为富岛公司520 kt/a尿素装置的核心设备，共有2台（P101A/B，一开一备，正常情况下P101B运行、P101A备用），其用途是将氨升压泵（P105）送来的液氨进行二次升压至22.3 MPa后进入喷射器（L101），与高压甲铵分离器（V101）来的甲铵一同进入尿素合成塔。由于P101运行不稳定、干气密封频繁泄漏、备件价格昂贵等原因，于2022年选择对P101A实施泵本体及配套密封国产化改造——改成水系统机械密封形式（P101B轴端密封仍采用两级干气密封），其稳定性大大增强。据《中海化学海南化肥一期高压液氨泵（P101A）操作规程》，为防止P101A泵体液氨泄漏而对周围环境造成污染，P101A拥有1套独立的密封冲洗水系统，其两端机械密封由配套密封水泵（P138A/B）提供压力为3.0 MPa的密封冲洗水，密封水压力由压力调节阀（PDV41035）控制，要求比P101A两端机械密封腔室压力高0.15～0.35 MPa，一旦密封水压力低于2.4 MPa将引发高压氨泵联锁跳车。简言之，若密封水泵供水压力不足或处于跳车状态，高压氨泵的机械密封也会出现故障，故密封水泵稳定运行的重要性不言而喻。
高压氨泵（P101）共有A/B两台，一开一备，正常情况下，P101B运行，P101A备用，为确保P101B出现故障跳车时P101A能紧急自启动投运，P101A入口常开且泵内液氨压力2.25 MPa，因此，为防止高压氨泵内的液氨通过机械密封向外泄漏，密封水泵始终保持1台常开状态，提供压力3.0 MPa的密封冲洗水，用于P101B机械密封的冲洗与冷却。密封水泵（P138A/B）正常工况下为一开一备，为两级叶轮串联结构的悬臂式离心泵，型号为HZAQ6.3-150X2，具有小流量、高扬程的特点；泵体设计为底支脚支撑，前后两个端盖，分别与首级叶轮和次级叶轮的端面相匹配，叶轮采用星型半开式径向直叶片，通过背靠背安装的形式消除轴向力；前轴承为单列圆柱滚子轴承，后轴承由一对背靠背安装的单列角接触球轴承组成。P138A/B主要性能参数：流量6 m3/h，扬程300 m，转速2 980 r/min，配套电机功率37 kW，壳体试验压力7.5 MPa，泵质量260 kg，轴承代号7308B/NU308，机封型号C8B-50/TP。
2 故障描述
P101A本体及配套密封国产化改造于2022年6月2日完成，开始进行试车和调试，整套设备试运行较顺利，工艺方面其出口压力及流量也均保持正常状态，从未出现过异常现象，密封水泵（P138A）的振动、泵体温度以及转速也均保持稳定，但投运约20 d后P138A突然出现振动增大现象，泵体表面温度经测量最高达到82 ℃（通常为46 ℃左右），工艺人员立即倒泵为P138B。随即检修人员对P138A进行拆检，并未发现异常。之后，工艺人员按照操作流程在未打开P138A出口阀的前提下启动P138A并进行内循环，短时间内其水平与垂直方向振动速度最大均不超过2.0 mm/s（指标值）且泵体温度保持良好，同时P138A出口压力表示数大于3.0 MPa，符合设计要求，满足倒泵条件；但在按操作规程缓慢打开P138A出口阀时，泵体温度迅速上升，且伴随振动加大；待出口阀完全开启后，泵体水平振动速度在短时间内飙升至7.2 mm/s。期间检修人员进行过多次备件更换以及复查找正，P138A振动异常问题始终得不到解决。由于P138A不满足运行要求，只能运行P138B，由此，在后续长达半年的时间内P138A一直作为紧急备用泵，这给尿素装置的安全、稳定运行带来极大的隐患。
3 原因分析与排查
3.1 泵送介质汽化
更多内容详见《中氮肥》2025年第1期