浙江晋巨公司25万t/a尿素装置使用的3台3W-J1型高压甲铵泵为上海大隆厂1978年生产的三联柱塞往复泵,该泵柱塞密封型式为主、副填料函结构,主填料函前端和副填料函后端各设有1个导向套,主、副填料函内仅有碳纤盘根填料,前、后各设有1个间隔环。柱塞直径为Φ85 mm、行程180 mm,生产能力正常时流量为12 m3/h,进口压力1.7 MPa,出口压力为20 MPa,泵的转速74~100 r/min,操作温度为95~120 ℃。2010年,公司技改由原来的11万t/a扩能到25万t/a,对甲铵泵的长周期运行有了更高的要求,要求高压甲铵泵由原来常处于备机状态到现在的满负荷运行。
由于高压甲铵泵的满负荷运行,其经常泄漏,通过对高压甲铵泵的结构、零部件的质量等方面进行检查和分析后,认为甲铵泵泄漏的主要原因有2个方面。
1. 甲铵液具有很强的腐蚀性,根据其性能,我们早期对柱塞的选材定为316L,表面作镀铬处理。柱塞表面硬度低,表面镀铬层粘合度不够,耐磨性差,造成柱塞严重磨损、脱落。
2. 填料函内导向套及间隔环设计不合理。在更换柱塞进行检查时,发现主、副导向套有破损现象,碳纤环被刺透。引起导向套破损的原因为:原装导向套内衬石墨,易碎;导向套与柱塞的同心度偏差较大,震动导致破损。填料刺透的原因为:柱塞的磨损,与其间隙偏大,密封失效,高压窜低压。
针对柱塞表面脱铬、填料破损等问题,2011年初公司对高压甲铵泵作了相应的改进。
1.柱塞的改进
镀铬层厚度的选择是关系到镀铬效果的好坏,镀铬层过厚,由于工作时柱塞表面受到交变负荷的作用,易引起脱铬、起皮,影响使用寿命;镀铬层过薄则起不到提高表面硬度、增强耐磨性的效果,甚至会在机加工精度范围之内加工后无法保证镀铬层的厚度。于是我们选用了柱塞直径为Φ85 mm和Φ84 mm 2种规格,其镀铬层厚度在0.15~0.20 mm之间。对柱塞表面进行了处理后,表面硬度HL 在550~600,HRC在30~40,提高了表面硬度、增强了耐磨性。
2.填料函内导向套及间隔环的改进
(1)改变导向套的材质。在选择导向套材质时,要求既要比原石墨的韧性和强度好,又要具有自润滑和能耐甲铵液的强腐蚀性。因此,我们选择了一种耐高温、耐磨,具有自润滑的固体材料——浸锑石墨(m262d),它可以在500 ℃、2000 r/min的高速条件下使用。
(2)选择导向套内衬与柱塞之间适当的配合间隙。将原导向套316L钢材质的外套与石墨内衬的结构改为整体结构型式零件,并将内径与柱塞之间的配合间隙控制在0.10~0.15 mm范围之内。同时间隔环改为浸锑材质,并将安装方式改为每隔2道填料安装1个间隔环的形式。
2011年1月改造后的柱塞、导向套、间隔环安装投入运行,使用后超过5个月仍效果良好:柱塞表面无明显磨损;填料使用周期由原来的40 d延长至150 d,是以往的3倍以上,检修次数也相应地减少了。改造后按5个月的运行周期计算,3台甲铵泵节省检修时间48 h,以尿素三机负荷产量600 t/d计,实际增产1200 t,按尿素单价2100元/t计算,5个月直接增加经济效益 252万元。甲铵泵的柱塞、导向套和间隔环的改造,不仅延长了公司尿素装置的运行周期,减少了检修的劳动强度,也为公司增加可观的经济效益。