席洪峰
(云南解化清潔能源開(kāi)發(fā)有限公司 解化化工分公司,云南 開(kāi)遠(yuǎn) 661600)
尿素裝置甲胺泵的主要作用是將甲胺液升壓(從 1.7 MPa 升壓至 20 MPa)后送入尿素合成塔。7V3甲胺泵是尿素裝置建廠時(shí)從廣州氮肥廠購(gòu)入的二手設(shè)備,由英格索爾·蘭德公司(美國(guó))制造,為立式往復(fù)泵。自投產(chǎn)以來(lái),該泵運(yùn)行相對(duì)較為穩(wěn)定,處理量大,一直是尿素系統(tǒng)生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。因國(guó)外備件采購(gòu)困難,自購(gòu)入后,公司一直致力于備件的國(guó)產(chǎn)化。通過(guò)多年努力,液力端部分,除曲軸、機(jī)身外,備件已基本實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化,但傳動(dòng)部分中液力變矩器、減速器一直為原裝進(jìn)口設(shè)備,并且因備件無(wú)法購(gòu)買(mǎi),相關(guān)技術(shù)資料不全,且液力變矩器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配精度要求高等原因,兩設(shè)備一直未進(jìn)行拆卸檢修。此外,該泵出口設(shè)置有流體動(dòng)力型PDS排出緩沖器,用于降低由于柱塞式往復(fù)泵運(yùn)行產(chǎn)生超壓脈沖引起的振動(dòng)和噪聲。在運(yùn)行中,有時(shí)候會(huì)出現(xiàn)流量不穩(wěn)定,但因缺少相關(guān)資料,一直未能進(jìn)行徹底處理。2011年8月20日,甲胺泵減速器響聲異常、振動(dòng)大,工藝進(jìn)行緊急停車(chē)。在工藝處理過(guò)程中發(fā)現(xiàn),該泵出口緩沖器介質(zhì)無(wú)法通過(guò),經(jīng)多次嘗試,判斷為設(shè)備堵塞。隨后,經(jīng)檢修人員拆減速器側(cè)蓋發(fā)現(xiàn),傳動(dòng)齒輪軸齒面斷裂、軸承內(nèi)圈損壞。因設(shè)備的特殊性給修復(fù)工作帶來(lái)較大困難,因此考慮對(duì)減速器及液力變矩器進(jìn)行改造,主要是實(shí)現(xiàn)減速器的國(guó)產(chǎn)化及取消液力變矩器。對(duì)于出口緩沖器,因資料不全,只能考慮解體檢查,并進(jìn)行修復(fù)使用。
主要設(shè)備的性能及技術(shù)參數(shù)見(jiàn)表1。
表1 性能及技術(shù)參數(shù)
改造前傳動(dòng)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。
圖1 改造前傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
液力變矩器[1]主要實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速以及恒轉(zhuǎn)矩輸出功能,它存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、裝配精度要求高、維護(hù)費(fèi)用高(主要是液壓油的損耗)等問(wèn)題。加之為進(jìn)口設(shè)備,備件無(wú)法采購(gòu),一旦損壞將無(wú)法恢復(fù),這些問(wèn)題一直是甲胺泵的隱患。現(xiàn)在通過(guò)電機(jī)變頻器可以實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)調(diào)速及恒轉(zhuǎn)矩輸出功能,所以完全可以取代液力變矩器,而且甲胺泵電機(jī)已經(jīng)更新為變頻電機(jī),并配備了變頻器,故可以取消液力變矩器的使用,消除存在隱患。同時(shí),取消液力變矩器可以減少占地面積,去除配套油冷器及附屬油路系統(tǒng),改變現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。
因原減速器為進(jìn)口設(shè)備,而且資料不全,無(wú)相關(guān)圖紙及技術(shù)參數(shù)。若采取測(cè)繪加工齒輪軸的方式修復(fù)減速器,可能存在測(cè)繪誤差,從而導(dǎo)致運(yùn)行不穩(wěn)定,造成更大的故障。如采取整體更新減速器的修復(fù)方案,在輸入與輸出中心距定位上可能存在一定誤差,并且非標(biāo)設(shè)備的加工價(jià)格也會(huì)較為昂貴,加工周期也會(huì)較長(zhǎng),給恢復(fù)工作帶來(lái)難度,在設(shè)備安裝的找平找正上也會(huì)帶來(lái)更多的麻煩。并且只更換減速器,液力變矩器的隱患將繼續(xù)存在,不利于日后設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行。為此在取消液力變矩器的同時(shí),決定實(shí)現(xiàn)減速器的國(guó)產(chǎn)化。
首先根據(jù)原減速器速比,選擇合適的國(guó)產(chǎn)減速器,經(jīng)過(guò)對(duì)比選擇硬齒面齒輪減速器ZLYS355-11.2,實(shí)際速比為11.098與原減速器 (11.653) 較為接近,此時(shí)泵速可達(dá) 133 r/min,流量為 25.2 m3/h。因速比降低,轉(zhuǎn)速加快,線速度升高,必須對(duì)軸功率進(jìn)行校核,驗(yàn)證是否能夠使用原電機(jī)及變頻器。
根據(jù)公式:
F=P·S
(1)
式中:F為工作機(jī)阻力,P為泵出口壓力,S為柱塞截面積。
根據(jù)公式
v=ω·r=2πn·r
(2)
式中:n為泵轉(zhuǎn)速,133 r/min,r為曲軸半徑,98.2 mm。
帶入公式2可得v=1.36 m/s。
(3)
式中:PW為工作機(jī)所需功率,F(xiàn)為工作機(jī)阻力,v為工作機(jī)的線速度,ηw為工作機(jī)效率。
查《機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[2]表1-7可知,ηw=0.98,將計(jì)算各值帶入公式(3)可得PW=171.5 kW。
因 171.5 kW<200 kW,所以原電機(jī)能夠滿足功率需求,無(wú)需更換電機(jī)及變頻器[3]。而改造時(shí)利用原有底座對(duì)減速器及電機(jī)底座進(jìn)行重新制作安裝,無(wú)需進(jìn)行基礎(chǔ)的澆灌,可降低檢修費(fèi)用和加快改造進(jìn)度。
改造后傳動(dòng)系統(tǒng)見(jiàn)圖2。
圖2 改造后傳動(dòng)簡(jiǎn)圖
2.4.1 機(jī)加工解體
由機(jī)械廠利用鏜床或刨床(具體需機(jī)械廠根據(jù)夾具與刀具情況確定)從設(shè)備兩半球焊縫處將其解體。如因位置限制無(wú)法全部去除時(shí),必須先鏜或刨出兩道足夠長(zhǎng)的切口,能夠辨別設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu),確認(rèn)內(nèi)部無(wú)殘余介質(zhì)及雜物,并且無(wú)損于內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí),方能采用等離子方式等進(jìn)行解體[4]。
2.4.2 設(shè)備結(jié)構(gòu)確認(rèn)
經(jīng)機(jī)械廠進(jìn)行解體后,該設(shè)備內(nèi)部結(jié)構(gòu)顯現(xiàn)出來(lái),而在球體內(nèi)部發(fā)現(xiàn)有損壞單向閥閥芯一件,正好堵住出口組件入口管,導(dǎo)致該泵在工藝處理過(guò)程中介質(zhì)無(wú)法進(jìn)入出口管道[5]。其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖3。
1.出口法蘭;2.出口接管;3.出口組件;4.球體;5.入口組件;6.入口接管;7.入口法蘭。
介質(zhì)經(jīng)5(入口組件)進(jìn)入球體后形成旋流,此時(shí)在球體能形成緩沖,可消除往復(fù)泵的脈沖影響,從而降低管道振動(dòng),介質(zhì)在經(jīng)3(出口組件)流出進(jìn)入管道。
2.4.3 設(shè)備恢復(fù)
1)焊接工藝評(píng)定
施焊前由修復(fù)單位編制焊接工藝評(píng)定,該評(píng)定應(yīng)當(dāng)符合JB4708《鋼制壓力容器焊接工藝評(píng)定》的要求。
2)焊接方式選擇及焊絲
焊接采用手工氬弧焊。該設(shè)備材質(zhì)為 316 L(尿素級(jí)不銹鋼),根據(jù)焊接標(biāo)準(zhǔn),選擇H00Cr19Ni14Mo3焊絲,焊絲直徑 4.0 mm。
3)無(wú)損檢測(cè)
所有焊縫必須進(jìn)行無(wú)損檢測(cè),檢測(cè)按照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》及JB/T4730-2000相關(guān)要求進(jìn)行。球體采用多層多道焊接方式時(shí),每層焊道厚度不得大于 3 mm,每層焊接完成進(jìn)行100%著色探傷。
4)焊后熱處理
焊接完成后進(jìn)行整體退火處理,以消除焊接應(yīng)力,退火溫度控制在680~720 ℃ 之間。
5)設(shè)備耐壓試壓
按照TSG R0004-2009《固定式壓力容器安全技術(shù)監(jiān)察規(guī)程》的相關(guān)規(guī)定,耐壓試驗(yàn)的壓力應(yīng)當(dāng)符合設(shè)計(jì)圖樣要求,并且不小于公式(4)的計(jì)算值。
(4)
式中:PT為耐壓試驗(yàn)壓力,MPa;η為耐壓試驗(yàn)壓力系數(shù),按照表2選用;p為壓力容器的設(shè)計(jì)壓力或者壓力容器銘牌上規(guī)定的最大允許工作壓力(對(duì)在用壓力容器為工作壓力),MPa;[σ]為試驗(yàn)溫度下材料的許用應(yīng)力(或者設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度),MPa;[σ]t為設(shè)計(jì)溫度下材料的許用應(yīng)力(或者設(shè)計(jì)應(yīng)力強(qiáng)度),MPa。
表2 耐壓試驗(yàn)的壓力系數(shù)η
壓力容器各元件(圓筒、封頭、接管、法蘭等)所用材料不同時(shí),計(jì)算耐壓試驗(yàn)壓力應(yīng)當(dāng)取各元件材料[σ]/[σ]t比值中最小者。
查 316 L 在 20 ℃ 及 100 ℃ 時(shí),許用應(yīng)力均為 115 MPa,最高工作壓力為 22 MPa,故PT耐壓試壓壓力應(yīng)為 27.5 MPa,試壓要求應(yīng)當(dāng)符合《容規(guī)》的相關(guān)規(guī)定。
1)改造完成后試車(chē)運(yùn)行穩(wěn)定,完全滿足工藝需求。
2)改造后備件實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化和標(biāo)準(zhǔn)化。