煤气化系统用泵低压密封水改造小结
董超杰，元利峰，赵林涛，刘艳霞
（河南心连心化肥有限公司，河南 新乡 453731）
［摘 要］ 机械密封水可以有效地带走传动设备内的杂物，起到冷却、润滑、保护密封面的作用，化工生产中通常采用脱盐水作为泵的密封水。为降低运行成本，减少气化系统脱盐水的补入量，采用尿素解吸废液替代脱盐水作为泵的机械密封水，投运后取得了较好的经济效益。
［关键词］ 离心泵；机械密封；脱盐水；尿素解吸废液；技术改造；经济效益
［中图分类号］ TH 311 ［文献标志码］ B ［文章编号］ 1004-9932（2017）
我公司6.5 MPa水煤浆加压气化装置采用三级闪蒸的方式回收热量与灰水，泵作为系统的动力设备有着不可或缺的作用，而以脱盐水作为泵的密封水，为泵的稳定运行提供了保障。但脱盐水作为密封水存在两个问题：一是运行成本较高；二是脱盐水的使用必然增加污水处理系统的负荷。我公司尿素装置采用的是CO2汽提工艺，尿素解吸废液所损失的尿素对于产品消耗与成本来说微乎其微，可忽略不计，但直接排放则可能导致排放废水的总氮含量超标［1］。为减少脱盐水的消耗，降低运行成本和污水处理系统的负荷，我公司采用尿素解吸废液替代脱盐水作为气化系统用泵的密封水，取得了良好的经济效益。
1 离心泵机械密封简介
离心泵机械密封包括4个关键组件：静环、动环、密封元件和压紧元件。泵轴转动时，动环跟着一起转动，静环一直保持静止状态，动环与静环的严密贴合可保证介质不发生泄漏；泵轴停止转动时，压紧元件会产生足够的压力使动环、静环端面依然紧密贴合。密封元件的作用有三：一是维持轴间间隙及其与动环的密封状态；二是维持压盖与静环的密封状态；三是使泵在弹性元件作用下所受的冲击及振动得到有效缓解。
1.1 离心泵机械密封的作用及重要性
机械密封是一种防止流体或固体微粒从相邻结合面间泄漏，以及外界杂质如灰尘、水分等侵入机器设备内部零部件的措施。机械密封水可以有效地保护密封面，起到冷却、润滑、冲走杂物等作用。据统计，机械密封失效导致泵发生故障占设备故障的50%以上，会引起工艺介质泄漏，造成不必要的停车、检修，不仅给企业带来巨大的经济损失，而且会造成一定的环境污染［2］。
离心泵的动环及静环端面本身是光滑的，但由于腐蚀性污染、高温以及端面混入杂质等原因，会造成端面越来越粗糙，而密封腔与动环、静环两者间的间隙又很窄，机械设备的连续运转会使得密封装置的振动故障慢慢体现出来［3］。水煤浆气化装置中离心泵输送的介质含有不同程度的杂质，如煤灰、钙镁离子结垢产生的垢片，这些杂质大多会沉积在密封腔，而密封腔是离心泵的死角，久而久之杂质浸入密封端面，包围弹簧及动环，将动环抱死于轴套上，造成动环“不动”，最终机械密封失效。因此，为避免上述现象的发生，需在泵运行过程中用密封水对机械密封进行冲洗，将杂质带走，同时起到冷却、润滑的作用，有效地保护密封面。
1.2 机械密封腐蚀的原因及危害
金属环是一种关键的密封元件，如果其受到腐蚀，将对密封装置产生巨大的副作用。在离心泵运行过程中，会出现金属环表面均匀腐蚀、辅助密封圈接触部位（静环座、静环、轴套、动环）腐蚀的情况，而金属环、辅助密封圈接触部位的腐蚀会引起机械密封的泄漏，造成泵密封更换甚至紧急停车等后果［4］。
金属材料的腐蚀机理如下：① 不锈钢材料中的Cr、Ni使不锈钢在氧化介质中形成一层致密的氧化膜，使其表面钝化，防止其发生电化学腐蚀，从而提高耐蚀性能，而Cl-具有很强的活化性能，会破坏金属表面氧化膜，并阻碍其再次成膜［5］；② 在水或电解质溶液中，当两种金属制品相接触时就形成了原电池，发生电化学反应的过程就成为电化学腐蚀，电化学腐蚀速率与金属活性、温度、电解质溶液的离子浓度有关；③ 金属材料所处环境pH＜7时会发生酸性腐蚀。金属材料腐蚀等级如表1所示。
表1 金属材料腐蚀等级表[6]
|
腐蚀率/mm·a-1 |
评价 |
|
＜0.05 |
优良 |
|
0.05～0.50 |
良好 |
|
0.5～1.5 |
可用，但腐蚀严重 |
|
＞1.5 |
不适用，腐蚀严重 |
2 改造前密封水的使用情况
改造前煤气化系统所用泵密封水为脱盐水，具体的用户及用量如表2所示。由表2可知，煤气化系统所用泵密封水的使用量=3×2+4×4+2×2+1.5×2+1.5×2+1.5×2=35 m3/h。
表2 改造前煤气化系统用泵低压密封水的使用情况
|
项 目 |
数量 /台 |
泵设计压力/MPa |
密封水用量 /m³·h-1 |
密封水温度 /℃ |
密封水设计压力 /MPa | |
|
进口 |
出口 | |||||
|
渣池泵 |
2 |
0.010 |
0.59 |
3.0 |
30 |
1.3 |
|
高温热水泵 |
4 |
0.818 |
7.20 |
4.0 |
25 |
≤1.3 |
|
除氧水泵 |
2 |
0.128 |
1.40 |
2.0 |
25 |
1.3 |
|
蒸发热水塔给水泵 |
2 |
0.018 |
1.40 |
1.5 |
25 |
1.3 |
|
磨煤水泵 |
2 |
0 |
0.55 |
1.5 |
25 |
1.3 |
|
低压灰水泵 |
2 |
0.018 |
0.82 |
1.5 |
25 |
1.3 |
3 改造方案
面对低硬度的尿素解吸废液需要排放，而煤气化系统所用泵需35 m3/h的脱盐水作为密封水的情况，公司通过对尿素解吸废液和脱盐水的水质进行对比分析（见表3），决定实施尿素解吸废液替代脱盐水作为离心泵密封水的技术改造。
由表3可知，尿素解吸废液与脱盐水相比，温度高、压力低，因此技改方案确定为：增加2台换热器，将尿素解吸废液温度从70～90 ℃降至25～30 ℃，同时在换热器出口处加装管道泵，使冷却后的尿素解吸废液压力从0.6 MPa升至1.3 MPa，满足煤气化系统用泵对密封水温度、压力的要求，管道泵出口的尿素解吸废液汇至新密封水总管。
更多内容详见《中氮肥》2017年第1期