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氨汽提尿素装置的技改

河南广播电视大学

毕业设计（论文）

氨汽提尿素装置的技术改进

专业：

应用化工技术

姓名：

刘海涛

学号：

1041001464673

指导老师：

石玉冰

二〇一二年十一月六日

摘要

河南煤化集团中原大化有限公司尿素装置采用斯纳姆氨汽提尿素生产工艺，该技术是目前世界上几大尿素生产技术之一，该技术比较成熟，在国内已建成数套装置。

在SNAM氨汽提法尿素生产工艺中，CO2压缩机和高压氨泵运行情况的稳定与否直接影响到长周期生产的实现。

系统CO2压缩机为意大利新比隆公司2MCL607+2BCL306a离心式压缩机，机械密封采用JOHNCRANE28型干气机械密封。

装置自投运以来，每年都会因问CO2压缩机题导致系统停车。

对此，对中原大化尿素装置CO2压缩机自运行以来进行了多次的技改。

系统高压氨泵PIO1A/B为美国SUNDSTRAND工厂制造高速离心式双级泵。

该泵采用串联式机械密封，水平布置，端面吸人。

其特点是高转速、高压头。

该特点也决定了高压氨泵较难操作。

装置自投运以来，每年都会因高压氨泵问题导致系统停车。

对此，公司有针对地对高压氨泵进行了技术改造，取得了满意的效果。

同时通过对高压氨泵稳定运行影响因素的分析，提出并实施了技术改造，经实际运行检验，实用效果良好。

关键词：

尿素装置，CO2压缩机，高压氨泵，小机泵，技改

目录

前言：

1

第一章CO2压缩机的技术改造1

1.1压缩机高压缸密封气改造1

1.1.1问题的提出[2,3，8]1

1.1.2三段密封两次泄漏时出现的问题1

1.1.3泄漏原因分析及改进措施[9]2

1.2压缩机二回一管线的改造3

1.3小蒸汽透平DST102DST103的改造4

1.4一段入口压力低连锁PSXL08101的改造4

1.5段间放空阀XV08101的改造5

第二章高压氨泵的技术改造5

2.1电机轴承改造[4,5]5

2.1.1问题的提出5

2.1.2改进措施5

2.2氨泵出口增加副线及调节阀6

2.3氮气管线改造6

2.4更换冲注水泵和冲洗水系统改造6

2.5机械密封改型7

2.6高压氨泵第一道出口阀改造7

2.7更换副线调节阀7

第三章小机泵的改造8

3.1冷却水管线堵塞的改造[1,3]8

3.2轴承箱进水及处理8

参考文献：

10

后记11

致谢11

前言：

随着天然气和煤炭资源的逐步减少，尿素的生产成本正在成逐步上的趋势，而且上升趋势在加快。

且尿素生产厂家正在不断的增加，竞争越来越激烈。

因此，降低生产成本才能更好地保障企业的利润但要减少成本首先要保证设备的满负荷长周期运行。

及保证设备安全稳定运行。

这就不得不对影响设备稳定运行的地方进行合理的改造并优化操作。

中原大化尿素装置自投产以来暴露出许多问题，经过车间全体员工的共同努力，对所出现的问题进行全面分析，认真总结，通过技术改造和工艺操作方法的改进，在不太长的时间内就实现装置的达标为提高市场竞争力，优化资源结构，进一步降低生产成本,奠定了坚实的基础。

第一章CO2压缩机的技术改造

1.1压缩机高压缸密封气改造

1.1.1问题的提出[2,3，8]

我中原大化公司尿素装置CO2压缩机组高压缸轴端密封采用迷宫密封+28型螺旋槽气体密封。

1990年5月5日尿素装置一次投料成功，CO2机组运行至1993年3月I7日，由于抢修高压缸而顺便更换了使用时间已达两年半的三、四段密封。

1994年6月1日由于高压缸三段密封发生了大量泄糯，故停车更换了三段密封。

可是CO2机组运行至1995年7月，高压缸三段密封又出现了大量泄漏，故再次停车更换。

仅仅一年时间，三段密封频繁损坏，这一现象引起了我们的高度重视。

1.1.2三段密封两次泄漏时出现的问题

（1）密封泄漏报警开关多次报警

（2）高压缸三段侧轴承箱回油总管中夹带大量CO2气体，导致油箱顶部放空管排出大量CO2气体。

（3）透平控制油总管及注汽调节阀低压油葫机上盖油气排放窗口大量冒气，气中带着油。

（4）三段密封气压力和四段密封气压力均大幅度下降。

（5）高压缸轴振动值发生较大幅度波动，前轴振动X08407由20μm上升到70μm，后轴振动X08408由21μm上升37μm。

（6）油箱油面上飘浮一层黑色粉末，导致油过滤器压差增大，控制油压力下降。

检修中发现：

（1）动环严重碎裂，部分碎块堵塞到安装密封的腔室内，静环碎裂成几段，少量碎块跑到机械密封泄漏液排放管内。

（2）装机械密封动环的轴套外圆拉毛，动环锁紧销钉已脱落。

1.1.3泄漏原因分析及改进措施[9]

1.1.3.1泄漏原因分析

螺旋槽气体密封的工作原理是：

流体静力与动力的平衡。

在动力平衡条件下，作用于密封上的力（包括闭合力和开口力），其中闭台力Fc是由系统压力加上一个很小的弹簧力而得到。

开口力Fo是由下降的系统压力加上由螺旋槽产生的压力而得到当Fc=Fo时，按所设计的密封间隙运转即可实现平衡。

如果产生导致密封间隙减小的扰动，由螺旋产生的开口力则显著增加。

同样地，如果产生密封间隙增大的扰动，由螺旋槽产生的开口力减小，使平衡恢复。

1990年首次开车时，CO2机组高压缸三段密封密封气压力为4.OMPa，温度40℃，四段密封密封气压力为4.0MPa，温度40℃。

假定按设计参数运行，密封实现平衡时，正常间隙为S。

，当密封气压力增加，即系统压力P增加时，闭合力Fc增加，使密封间隙减小到S1，这肘螺旋槽产生的开口力Fo增加，又使密封间隙增大到S2，这时Fc=Fo，密封又实现了新的平衡。

但密封间隙已存在如下关系，即：

S2

由于密封气压力成倍增加，导致气体密封动静环间隙减小，动、静环处过热、磨损．最终碎裂。

表1-1该进前运行参数对比

三段密封

四段密封

密封气压力

（MPa）

设计

实际

2.0

7.5

2.0

4.0

密封气温度

（℃）

设计

实际

30

105

30

40

从另一个角度分析，由于密封气压力成倍增加，，使密封面产生径向变形，这种变形通常会造静环与动环之闻向扩散型流体膜发展，这种情况产生的流体膜具有很低的或者是负数的气膜刚度，在气体密封中必须避免。

1.1.3.2密封改进措施

通过降低三段密封气压力的办法，使三段密封气压力由7.5MPa降为3.OMPa，由于三、四段密封气管路中节流孔板尺寸Φ15mm偏大，小副线阀内漏，所以最终没有将气体密封运行参数调整达到设计要求，但已接近了设计值。

通过调整，目前三、四段密封运行参数如表1-2所示。

表1-2该进前运行参数对比

三段密封

四段密封

密封气压力

（MPa）

设计

实际

2.0

3.0

2.0

3.0

密封气温度

（℃）

设计

实际

30

40

30

40

通过对CO2压缩机高压缸三、四段密封运行参数的调整，同时按要求认真拆卸、装配及检查，1996～2012年已不再发生气体密封大量泄漏问题，目前CO2机组高压缸轴端两套气体密封运行多年。

由此可见，操作中严格控制气体密封运行参数接近设计值非常重要，只有这样才能延长气体密封的使用寿命，为大型机纽的稳定运行创造条件。

1.2压缩机二回一管线的改造

改造前，二回一与四回一汇集在一根管线回至气液分离器V111前，使V111震动剧烈，产生较大噪音。

为减小管线的震动，现将二回一管线与四回一管线分开，让二回一管线单独回至CO2入口大阀之前，并且增加一个切断阀，停车时注意关闭，可防止CO2进入压缩机缸体。

改造后压缩机运行很稳定，管线不再出现强烈的震动。

保证了压缩机的正常稳定安全运行。

图5压缩机二回一管线的改造

1.3小蒸汽透平DST102DST103的改造

DST102、DST103是蒸汽小透平，分别驱动一台油泵P118B和一台冷凝液泵P117B，即原来两台油泵和两台冷凝液泵分别有一台电机和一台小透平驱动。

但作为蒸汽驱动的DST102、DST103操作复杂，日常维护困难，作为备用泵，不能保证及时启动，同时又浪费了很多蒸汽。

现将DST102、DST103改为电机驱动的油泵和冷凝液泵，效果很好。

1.4一段入口压力低连锁PSXL08101的改造

PSXL08101是CO2压缩机一段入口压力低连锁，有三个信号，分别为PSXL08101A、B、C。

当其中两个出现压力低连锁报警时，压缩机将跳出。

在装置投运初期，由于CO2压缩机一段入口分离器V111的震动，导致管线震动，入口实际压力不低时，压缩机经常由于PSXL08101动作而导致跳车。

随后分别在PSXL08101A、B、C三个相应管线上装设三个缓冲罐，以防止管线震动而引起压力波动，导致压缩机入口压力低连锁动作，效果较好。

1.5段间放空阀XV08101的改造

原设计XV08101是只能全关和全开的两位阀，但是在CO2压缩机冲转时，XV08101如果全开，很容易导致高压缸低流量喘振。

因此，特将XV08101改为可调的调节阀，压缩机冲转时，保持50%的开度，随后慢慢关闭该阀，基本上消除了高压缸的喘振现象，效果很好。

第二章高压氨泵的技术改造

2.1电机轴承改造[4,5]

2.1.1问题的提出

高压氨泵P101A/B自投用以来，电机轴承温度一直偏高，夏季更是高达90℃以上。

长期的非正常状态导致轴承和甩油环磨损，大量的铜粉粘于轴径上或落入油中，加剧了滑动轴承和甩油环磨损，大大缩短了轴承的使用寿命，有时仅运行1周即须停车处理，严重影响了尿素装置的安全、稳定和长周期运行。

2.1.2改进措施

2.1.2.1将甩油环材料由黄铜改为青铜

青铜对钢的动摩擦系数为0.10～0.15，黄铜对钢的动摩擦系数为0.03，所以等质量的青铜环摩擦力较黄铜环大，运动速度比黄铜环高，带油能力好。

为此，将甩油环由黄铜环改为青铜环，既提高了甩油环的耐磨性又改善了轴承的润滑状况。

保证了泵的良好运行。

2.1.2.2提高润滑油黏度

转速低、载荷大、温度高时应选择黏度大的润滑油才能保证形成所需厚度的油膜，满足轴承润滑和承载的需要，减少磨损。

因此将抗氨汽轮机油由N32改为了N46。

2.1.2.3增加强制润滑

为进一步改善轴承的润滑及冷却问题，在原甩油环飞溅润滑的基础上，改浸油润滑为强制润滑：

从泵油冷器出口用Φ14mm的钢管引4O℃、0.3MPa的润滑油到轴承箱上部（在轴承箱上部设计一Φ1mm的喷油嘴），使润滑油从上部直接喷淋到轴承上，在原视镜处接一Φ2.54mm的回油管将润滑油引入油箱，形成循环。

经以上改造后，高压氨泵电机轴承润滑良好，电机轴承温度保持正常，温度最高时约6O℃，减少了轴承、甩油环的磨损，延长了其使用寿命及泵的运行周期。

2.2氨泵出口增加副线及调节阀

高压氨泵出口原设计只有1个副线调节阀（F09102）。

由于两泵倒换时用1个调节阀来调节2台泵的流量和出口压力，因此操作复杂，并且很容易引起1台泵跳车。

为此，1997年大修时进行了技术改造：

在泵出口增加1条副线和调节阀（FB09102）。

这样，2台泵可以单独运行，单独调节，倒泵也很容易。

2.3氮气管线改造

高压氨泵引液前首先应在高压氨泵过滤网导淋处接临时充氮胶管，用氮气吹扫泵体及管内积液，将其彻底置换干净，然后再充氮提压，将泵体压力提至0．3MPa左右，以防止泵体压力低时引氨冻坏高压氨泵的机封。

但每次开停泵时接胶管太繁琐，也耽误时间。

为此，对氮气管线进行了改造：

从界区氮气管网上接1根氮气管到高压氨泵进口冲洗水管线上。

这样省去了接胶管的工作，提高了高压氨泵的开停泵效率。

2.4更换冲注水泵和冲洗水系统改造

高压氨泵机械密封设计的冲注水量为0.9m/h，进口压力8.0MPa。

2000年检修时把高压氨泵A的冲注水泵更换为意大利生产的大泵，在进VI压力不变的情况下，机械密封水量增加到了2.0m/h，很好地解决了由于冲洗水量不足导致冷却能力差，机械密封频繁损坏的问题。

从蒸汽冷凝液冲洗泵P110来的中压冲洗水，经E1l0冷却后，送入冲洗密封系统。

但在运行中曾出现过蒸汽冷凝液冲洗泵Pll0汽化或泵过载跳车，造成高压氨泵P101A/B洗水断冲并导致机械密封损坏。

对此采取从供水厂到尿素界区蒸汽冷凝液储槽Vll0的脱盐水管线上单独接1条管线到高压氨泵PIO1A/B冲洗水泵进口，以保证高压氨泵冲洗水系统的正常运行，防止机械密封损坏和高压氨泵跳车。

2.5机械密封改型

高压氨泵设计机械密封为一级不可拆的串联式双动环密封，使用过程中机械密封的频繁泄漏严重影响了高压氨泵的稳定运行。

2000年检修时将一级机械密封更改为单动环双端面机械密封，二级机械密封更改为可拆式串联式双动环密封。

更改后，机械密封很少发生泄漏，并且检修更换方便，效果很好。

2.6高压氨泵第一道出口阀改造

高压氨泵出口第一道阀原来为高压切断阀，手动开关，开关费时、费力，影响了高压氨泵开泵的时问。

后经2008年大修改造，将高压氨泵出口第一道阀改为就地和远程都可以控制的电动阀，节省了人力和时间，避免了因高压氨泵出口第一道阀开关不到位而影响高压氨泵的运行和交出。

2.7更换副线调节阀

为解决副线调节阀（FB09102）卡涩及阀头脱落等问题，2002年大修时对其进行了更换。

但新换阀门后，高压氨泵P101B出口流量不够，无法正常运行。

于是对FB09102进行了2次扩孔。

扩孔后高压氨泵P101B的流量提高，运行稳定。

通过以上技术改造保证了高压氨泵的稳定运行，对尿素装置的安全稳定运行提供了有效保证。

尿素装置近年来的连续高负荷长周期运行高压氨泵的稳定起着很重要的作用。

第三章小机泵的改造

3.1冷却水管线堵塞的改造[1,3]

用冷却水降低轴承及机械密封温度，以维持机泵连续工作状况下的稳定运行是运转设备普遍采用的方法。

氨汽提法小机泵也一样，部分输液温度高、电机功率大的机泵设有轴承冷却系统，对个别机泵机械密封部位进行了冷却（见表3-1）。

由于管线堵塞一般无明显异常现象，不易发现，一旦发现时，管线已严重堵塞或造成事故。

主要原因：

生产中用于轴承和机封降温的冷却水和引、回水管线均取自冷却水总管底部，总管设于10m高的管廊上，而机泵多设于地面，小机泵多采用12mm和Omm引、回水管线，形成的U形管很容易被淤积的泥沙等杂物堵塞，尤其是冬季，淤积堵塞常造成管线冻裂而泄漏。

技改措施：

把机泵的冷却水上、回水口改到了总管顶部，并分组在上水口处增设过滤网，定期检查；在机泵冷却水低点增加管帽以便排除淤积的杂物，效果很好。

表3-1小机泵基本情况

设备名称

位号

单机泵

双机泵

蒸汽夹套

串联机械密封

自身冲洗

循环冲洗

外部冲洗

轴承箱冷却

机封冷却

中压甲铵泵

P103A/B

否

是

否

否

是

否

是

否

否

氨升压泵

P105A/B

是

否

否

是

否

是

是

否

否

尿素溶液泵

P106A/B

是

否

是

否

否

否

是

是

否

氨溶液泵

P107A/B

是

否

否

是

否

是

是

否

否

尿素熔融泵

P108A/B

是

否

是

否

否

否

是

是

否

尿液回收泵

P109A/B

是

否

是

否

否

否

是

是

否

冷凝液冲洗泵

P110A/B

否

是

否

否

是

否

否

是

否

冷凝液泵

P113A/B

是

否

否

否

是

否

否

是

是

解吸给料泵

P114A/B

是

否

否

否

是

否

否

否

否

水解给料泵

P115A/B

否

是

否

否

是

否

是

是

否

3.2轴承箱进水及处理

小机泵轴承箱为降低轴承温度而设计，运行中轴承产生热量由箱内润滑油移走，同时润滑轴承；对于热量较大机泵，箱内设有冷却水系统以降低润滑油温度。

生产中受泵体结构等影响，油箱进水往往不易发现，通常是通过油乳化、轴温高、振动大等现象以及排油检查才被发现。

P106，P108和P109尿液泵油箱进水较为频繁，严重时箱内几乎为水，尤其是尿液熔融泵，由于输液温度高、电机功率大等原因，曾多次发生因油箱进水导致发生烧轴事故。

主要原因：

机封吹扫介质（蒸汽、水、工艺液等）顺轴渗入油箱而致。

发现及时，换油即可；发现不及时，极可能造成烧轴等严重事故。

处理措施：

①油箱底部排油丝堵换为小阀以便检查；②油箱挡油环前增加0形环以防顺轴渗水进入油箱；③合理控制机封吹扫蒸汽量，避免过量蒸汽反向吹向油箱。

参考文献：

[1]白斌李蔚.氨汽提法小机泵常见问题及处理.小氮肥第39卷第6期2Ol1年6月.

[2]苏华洪志刚王志云.28型气体密封泄漏原因分析及改进.FLUIDMACHINERYVo1.28,No.8,20OO.

[3]陈留栓.氨汽替法尿素生产知识问答[M].北京：

化学工业出版社，2005.

[4]魏作峰.SNAM氨汽提尿素装置用高压氨泵的改造.流体机械2012年第40卷第2期.

[5]王斌杜亚辉刘志勇.SNAM尿素系统高压氨泵改造.中氮肥第5期2010年9月.[2]韩燕.尿素水解系统改造总结.小氮肥第35卷第4期2007年4月.

[6]刘志勇.氨汽提尿素装置低压系统放空尾气的回收利用.中氮肥第6期2010年11月.

[7]王坚王蛾张昊或栗晓辉.浅谈SNAM氨汽提中压系统的控制与改造.化工设计通讯第38卷第1期2012年02月.

[8]李俊燕武云石永胜王强郭小利.斯那姆尿素工艺高负荷运行技术改进.大氮肥第28卷第1期2OO5年.

[9]王斌.氨汽提尿素装置蒸汽冷凝液系统改造.中氮肥第5期2008年9月.

[10]谭玮.氨汽提尿素工艺设计改进分析.2012年6月第35卷第3期.

[11]高波周文欣.氨汽提尿素装置的改进.大氮肥2003年第26卷第2期.

后记

论文主体系参考文献记录学习研究总结，本人从事化工工作十数年，对化工生产有了一定的理解。

本文是结合本人所从事的实际工作十数年内遇到的问题进行的一次大总结。

在此，感谢给予帮助的本班同事及分厂领导的大力支持。

致谢

历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同事和老师的帮助下度过的。

尤其要强烈感谢我的论文指导老师石玉冰老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。

在此向帮助和指导过我的各位老师和同事表示最中心的感谢！

　　感谢这篇论文所涉及到的各位学者。

本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。

　　由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正！