陳 龍， 解更存

(中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司， 四川達(dá)州 635000)

采用液上自吸泵解決液硫輸送問題

陳 龍， 解更存

(中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司， 四川達(dá)州 635000)

液硫 輸送 硫磺泵 原因 分析

液硫通常儲(chǔ)存在地下液硫池中，通過液硫輸送泵輸送至硫磺成型裝置，然后加工成產(chǎn)品硫磺顆粒。液硫池容量有限，在生產(chǎn)中僅起緩沖、存放作用，若無(wú)法保證液硫及時(shí)外送，將會(huì)造成硫磺生產(chǎn)裝置非計(jì)劃停工。因此，保障液硫泵連續(xù)運(yùn)行對(duì)提升硫磺裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定性十分重要。目前在液硫池外輸液硫設(shè)備中，應(yīng)用較為廣泛的是長(zhǎng)軸液下泵。

1 液硫輸送

液硫的物理性質(zhì)較為特殊，其黏度隨溫度變化而變化，初熔時(shí)，黏度隨溫度升高而下降，當(dāng)溫度超過159 ℃后，黏度隨溫度升高而急劇增大。當(dāng)溫度持續(xù)升高到190 ℃時(shí)，液硫黏度將達(dá)到極大值，溫度超過190 ℃后，黏度又恢復(fù)到初時(shí)的特征。因此，液硫在130～160 ℃時(shí)黏度最小、流動(dòng)性最好。液硫在管道內(nèi)輸送時(shí)通常需要利用管道伴熱系統(tǒng)將整個(gè)管道內(nèi)液硫的平均溫度控制在135～140 ℃，液硫輸送的最低溫度要求為122～125 ℃，一旦溫度下降，停泵管線及泵內(nèi)硫磺將凝結(jié)在泵及管線內(nèi)，造成再次啟泵困難，從而損壞機(jī)械密封[1]。

2 長(zhǎng)軸液下泵運(yùn)行現(xiàn)狀

2.1 長(zhǎng)軸液下泵

長(zhǎng)軸液下泵通常采用防爆電機(jī)驅(qū)動(dòng)，電機(jī)安裝在液硫池地表面上，泵體位于安裝平面正下方，其結(jié)構(gòu)形式為夾套式立式離心泵，因而占地面積小。啟泵前無(wú)需灌泵。當(dāng)泵啟動(dòng)時(shí)，葉輪、泵體等過流部件已全部浸沒在液硫池的液相介質(zhì)中，啟動(dòng)容易，且不會(huì)因液硫溫度不在最佳溫度范圍內(nèi)凝固結(jié)晶，導(dǎo)致運(yùn)行困難。泵的出液管、支撐管、中間支撐架及自沖洗管線均有保溫夾套，利用低壓伴熱蒸汽防止液硫冷凝結(jié)晶。泵的軸承具有自潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，出液管處引入的液硫可潤(rùn)滑軸承，完成潤(rùn)滑作用后的液硫在重力作用下自流回液硫池。泵入口處安裝過濾網(wǎng)，避免液硫池中的雜質(zhì)進(jìn)入泵體，從而損害泵體。

2.2 運(yùn)行中存在的問題及原因分析

長(zhǎng)軸液下泵在實(shí)際運(yùn)行中經(jīng)常出現(xiàn)泵體振動(dòng)大、機(jī)泵故障頻繁等問題，泵的連續(xù)使用壽命較短。對(duì)泵解體檢查，發(fā)現(xiàn)多是滾動(dòng)軸承和滑動(dòng)軸承磨損、損壞嚴(yán)重，泵軸損壞、彎曲。

造成這些問題的主要原因如下：

1) 液硫池液位深度泵本體長(zhǎng)度設(shè)計(jì)值約為6 m，為保證泵軸的同軸度，采用安裝滑動(dòng)軸承對(duì)泵軸進(jìn)行定位，并起徑向支撐作用。但因泵體長(zhǎng)度過長(zhǎng)，泵的工作端又位于底部，高速運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，軸泵易產(chǎn)生過大撓度引起振動(dòng)。

2) 泵軸在高溫條件下產(chǎn)生熱膨脹，長(zhǎng)期在振動(dòng)運(yùn)行工況下勢(shì)必產(chǎn)生輕微變形，影響泵軸與支撐管的配合精度，造成泵體下部轉(zhuǎn)子和定子的平行度被破壞，葉輪與泵體配合間隙出現(xiàn)偏差，葉輪和泵體摩擦，嚴(yán)重時(shí)葉輪發(fā)生卡死現(xiàn)象。這些均加劇了泵軸變形及軸承磨損，若頻繁維修會(huì)影響泵軸配合精度，反過來又導(dǎo)致頻繁損壞繼續(xù)維修，造成惡性循環(huán)，嚴(yán)重時(shí)損壞電機(jī)。

3) 泵的自潤(rùn)滑液硫管路及伴熱蒸汽管路均通過焊接方式連接在泵體上，管路直徑15～25 mm。該結(jié)構(gòu)易導(dǎo)致焊接應(yīng)力集中在焊縫及彎頭處，加之泵體長(zhǎng)期振動(dòng)及管路直徑較細(xì)，加劇了彎頭及焊縫達(dá)到抗拉強(qiáng)度，最終變形斷裂。管路變形斷裂會(huì)導(dǎo)致液硫伴熱不暢或潤(rùn)滑管路堵塞，無(wú)法潤(rùn)滑軸承，造成軸承、軸套及襯套磨損快、易損壞[2]。

4) 泵入口處設(shè)置的過濾網(wǎng)是用于過濾液硫中的雜質(zhì)。當(dāng)入口濾網(wǎng)嚴(yán)重堵塞導(dǎo)致泵不上量時(shí)，電機(jī)負(fù)荷隨之增大，泵運(yùn)行效率降低，泵產(chǎn)生振動(dòng)和噪聲，軸承發(fā)熱磨損損壞。

2.3 其他問題及安全隱患

1) 泵軸較長(zhǎng)、拆裝不便。一旦出現(xiàn)故障，需要利用吊車將整個(gè)長(zhǎng)軸泵吊至地面上，清理整個(gè)泵腔及轉(zhuǎn)動(dòng)部件上的硫磺結(jié)晶，而且拆裝附屬的蒸汽伴熱管線及連接部件。清理完成后，再將液下泵吊裝回原處，每次維修均耗費(fèi)大量人力和物力。由于該泵故障率較高，滑動(dòng)軸承易腐蝕、磨損，維修時(shí)全部更換，導(dǎo)致運(yùn)行維護(hù)成本居高不下。

2) 液下泵被吊到地面時(shí)，液下泵安裝位置呈敞開狀態(tài)，需加蓋臨時(shí)蓋板保持液硫池封閉狀態(tài)。但臨時(shí)蓋板密封性不佳，無(wú)法完全阻隔液硫池氣相空間逸出的硫蒸氣、硫化氫及二氧化硫等混合氣體，易造成附近操作人員中毒，并污染環(huán)境。

3) 若液下泵軸承發(fā)生磨損，局部位置出現(xiàn)干磨，該位置溫度迅速升高。由于泵體位于液硫池內(nèi)，硫磺為易燃易爆介質(zhì)，滑動(dòng)軸承干磨所導(dǎo)致的溫度升高會(huì)引發(fā)液硫池氣相空間閃爆[3]。

3 液上自吸泵

為避免液下長(zhǎng)軸泵輸送液硫時(shí)所產(chǎn)生的問題，可將液下泵改為地上泵，采用自吸泵替代液下長(zhǎng)軸泵，保證液硫安全可靠輸送。

自吸泵是一種具有自吸能力的離心泵，設(shè)有輸送泵、自吸裝置、伴熱裝置和回流管線4個(gè)部分。輸送泵采用立式離心泵，以減少泵內(nèi)介質(zhì)殘留；自吸裝置包括抽真空裝置、控制箱及抽氣管線，當(dāng)輸送泵內(nèi)液位達(dá)到設(shè)定位置時(shí)，抽真空裝置發(fā)出電信號(hào)到控制箱，控制抽真空裝置及輸送泵的自動(dòng)啟停，實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備的自動(dòng)控制。為防止介質(zhì)離開液硫池后，因外界溫度下降，介質(zhì)凝結(jié)無(wú)法輸送，液硫泵設(shè)置伴熱裝置，伴熱裝置有蒸汽入口和蒸汽出口，由外部供熱管網(wǎng)提供伴熱蒸汽。整個(gè)裝置停運(yùn)時(shí)，關(guān)閉出口管閥門，輸送泵繼續(xù)保持小流量運(yùn)行，回流管閥門打開，泵送介質(zhì)沿回流管線流回儲(chǔ)液罐，不再輸送到下個(gè)泵位。裝置恢復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，關(guān)閉回流管閥門，打開出口管閥門，輸送泵迅速正常運(yùn)行。輸送泵停泵檢修時(shí)，立式泵內(nèi)殘留介質(zhì)會(huì)沿垂直的入口管自動(dòng)回流至儲(chǔ)液罐。

4 液上自吸泵與液下長(zhǎng)軸泵對(duì)比

4.1 運(yùn)行平穩(wěn)

液上自吸泵泵軸及泵體不插入介質(zhì)中，僅有不銹鋼材質(zhì)的吸入管及內(nèi)置夾套伴熱位于液硫池內(nèi)，不易振動(dòng)、腐蝕及損壞，大大降低了設(shè)備故障率。所有管路、接頭、泵體、泵蓋等都外加蒸汽伴熱，液硫離開液硫池、在流經(jīng)泵件時(shí)不會(huì)因熱量損失，導(dǎo)致溫度下降而發(fā)生凝結(jié)。液硫注滿泵腔后才能啟動(dòng)泵，起到充分潤(rùn)滑作用，避免機(jī)封干磨損壞。

4.2 維護(hù)、維修方便

液上自吸泵占地面積小，可安裝在任何位置。由于整機(jī)泵及過濾裝置均設(shè)置在地面之上，維修時(shí)無(wú)需將泵從液硫池內(nèi)吊出，僅需停泵關(guān)閉進(jìn)、出口閥門后即可進(jìn)行作業(yè)，節(jié)省人力、物力。立式泵停泵時(shí)，泵內(nèi)液硫自動(dòng)沿垂直入口管回流到液硫池，避免液硫殘留在泵體內(nèi)結(jié)晶，減少維修時(shí)清理泵內(nèi)結(jié)晶的工作量，縮短維修工時(shí)。

4.3 安全性

液硫池內(nèi)只有吸入管線和內(nèi)置夾套伴熱，不會(huì)發(fā)生滑動(dòng)軸承因干磨產(chǎn)生高溫或火花而導(dǎo)致氣相空間內(nèi)易燃、易爆氣體閃爆。維修泵期間，液硫池仍保持封閉狀態(tài)，消除了有毒氣體逸出造成附近作業(yè)人員中毒及環(huán)境污染的隱患。

5 結(jié)語(yǔ)

采用液上自吸泵替代液下長(zhǎng)軸泵來輸送液硫，不僅降低設(shè)備故障率，保證設(shè)備連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行，徹底解決了液下泵振動(dòng)大、頻繁故障的問題，而且杜絕了潛在的安全隱患，降低了維護(hù)、維修費(fèi)用。

[1] 周志杰，呂曉明，陳書寧，等.液硫輸送過程中遇到的問題及應(yīng)對(duì)措施[J].河南化工，2010，27(10)：92-92.

[2] 董文平，張來雄.對(duì)現(xiàn)役硫磺液下泵故障分析及改造[J].通用機(jī)械，2011(2)：47-49.

[3] 趙興華.采用雙螺桿泵安全輸送液硫技術(shù)[J].安全技術(shù)， 2013，13(9)：18-19.

2017-08-20。

陳龍，男，中國(guó)石化達(dá)州天然氣凈化有限公司助理工程師，主要從事設(shè)備技術(shù)科研攻關(guān)、技術(shù)改造工作。電話：15196892324；E-mail：327187608@qq.com。

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