高压氨用泵

1．工况特点

高压氨泵用来将液氨从大约2．3MPa升压到约22MPa，然后高压液氨进入高压甲铵喷射器，作为甲铵喷射器的动力液，引射高压高温强腐蚀性的甲铵液，两者混合后一起进入尿素合成塔[合成压力约14～15MPa(G)]。采用此喷射器的目的是为了减轻高压甲铵泵苛刻的工作条件。高压甲铵泵不直接放在合成塔前，而是设置在甲铵冷凝器和预热器之前，因此工作温度从155℃降到80℃，甲铵溶液的浓度也降低，使甲铵泵的腐蚀疲劳问题得到解决。如计入甲铵喷射器的压降值，高压氨泵的排出压力比尿素合成塔的压力约高达20MPa(G)。该泵的工况特点如下：

①液氨的相对密度小，根据温度不同为0.58-0.63，因此，对相同压差，比水的扬程高得多。液氨蒸气压高，减压时极易汽化，机械密封选型时要特别注意。

②液氨有毒，轴封不允许泄漏。泄漏出的液氨汽化为氨气，是易爆性气体，归为ⅡA类、T1组。液氨汽化时产生低温会使机械密封冲洗水结冰，造成密封环损坏。

③属小流量高扬程高压泵。尽管采用汽提法工艺后，尿素合成压力从水溶液全循环法的20MPa降至14～15MPa(G)，但高压氨泵要求的压差仍高达20MPa左右，因液氨相对密度小，扬程高达3500m左右，而泵的流量又很小，对日产1 765吨大型尿素装置，正常流量仅103m3／h，泵的大工作压力为～25MPa(G)。

④液氨腐蚀性小，过流件材质可用碳钢。当液氨减匪到常匪时，可能出现-33℃的低温。因铜和氨能形成爆性性的络合物，因此泵的零件中禁止使用铜或铜合金(巴氏合金和沉淀硬怀锈钢除外)。

⑤可靠性要求高。该泵是合成塔液氨进料泵，一旦出故障，整个尿素装置全部停产，经济损失巨大。此外，该泵价格昂贵，功率大，运行费用高，因此要求其可靠性要高。

2．泵型式的选择 

决定高压氨泵型式的重要因素是装置生产能力和合成塔压力。在70年代以前，世界上的尿素生产大多采用水溶液全循环法工艺，合成压力约为20MPa，因高压氨泵压差大，基本上使用往复式泵。70年代开发出C0。汽提和氨汽提工艺，合成压力降为l4～1 5MPa，氨泵压差相应减小，在大型尿素装置中，往复式和离心式高压氨泵并存，但中小型尿素装置仍使用往复式泵。据斯拉姆公司资料，可以使用高速离心泵的小装置能力为日产750吨尿素。泵选型时，要结合建厂地的电价、维修能力和备件供应情况，从以下方面进行综合比较。

①效率对比  往复泵本身效率可高达90％，比离心泵高得多，但往复泵流量的调节不如离心泵方便。通常用液力变矩器调速，液力变矩器效率低(<80％)，抵消了往复泵的部分节能效果。以日产1750吨尿素装置为例(见表-87)，采用液力变矩器调速的往复泵，可比离心泵节省功率180～270kW(17．8％-24．5％)，如采用先进的变频电机驱动的往复泵，功率可进一步节约(节省360-450kW)。

表2—87  日产1750吨尿素装置不同型式高压氨泵的性能比较

②投资比较  往复式高压氨泵结构复杂，重量大，投资高于离心泵。根据德国伍德公司资料，两者的相对投资比例可参见表2—88。

③维修费比较  往复泵结构复杂，填料、柱塞、阀门等易损件多，检修工作量大，费用高。而离心泵除机械密封、密封环为易损件外，日常维修工作量小，操作方便，可长周期运行。据国外公司统计，往复泵的年维修费大约是离心泵的5～6倍。

④运转性能  往复泵排压有脉动，要避免管道的共振或水击现象。往复泵轴封如使用油密封，如填料函内漏油量过大，对工艺生产有不利影响。离心泵的故障比往复泵少，运转可靠性高，能保证尿素生产长周期运行。

至于中小型尿素装置普遍使用的往复式柱塞泵，也应对不同机型的技术参数和结构特点进行比较。表2—89列出三家有代表性厂家生产的往复式高压氨泵的技术性能，从表中可以看出，WORTHINTON公司采用流量减半的泵，用开两台备用一台的方式，配管增多，占地面积加大。三者的功耗相近。影响柱塞和填料寿命的柱塞速度，以PERONl公司的低。泵材质以PERONl公司的产品稍好。综括起来，这三家泵公司的产品技术性能相近，选用时再从价格方面作比较。

小，仅供装配用。泵体密封面经过精磨抛光，无须用垫片，保证了剖分式泵体各级密封环间隙的均匀准确。泵体上设有平衡通道，与泵进口相通，使高压侧和低压侧的轴封箱工作压力都降为泵吸入压力，改善密封条件。

⑧叶轮  该泵有l0个叶轮，背对背布置，以平衡轴向力，取消平衡鼓或平衡盘，减少维修部件。叶轮材质为17-4PH高强度不锈钢。

④机械密封  高压氨泵进口压力高，轴封腔压力～2．4MPa(G)，且泵转速较高，液氨又易汽化，密封难度大。该泵采用美国CRANE公司的28VL／28ST型串联式机械密封，类似于离心压缩机中的干气密封。从泵出口引出的冲洗用液氨，经过滤后通入内侧机械密封；外侧的机械密封是密封端面上带螺旋槽的非接触式干气密封，用N。气作缓冲气，流量1．8Nm3／h。摩擦副组对材质为碳化钨对石墨。采用干气密封是因为常规机械密封通常用冷凝水作为缓冲液，氨减压时温度降低而使水结冰，会造成石墨环破裂。

⑨轴承该泵的额定功率和额定转速的乘积是8．7×10e[(kW．r)／min]，大于API610标准规定的2.7 X 106规定值，故必须用流体动压轴承，即依靠轴颈(或止推盘)的回转，把润滑油带入轴(或止推盘)与轴瓦之间，建立起油膜压力以承受载荷。该泵的径向轴承和止推轴承均采用可倾瓦轴承。这种轴承是由多块可自由摆动的瓦块组成，在工况变化时能形成佳油膜，抗振性好，不容易产生油膜振荡。轴承用强制润滑方式，润滑系统包括主油泵和备用油泵各一台，管壳式油冷却器两台、油过滤器两台、油箱一台。

⑥轴承监测系统  轴振动和轴位移监测系统执行APl670标准，采用B～N3300系列。每个径向轴承设两个测振探头，测量z和y两个方向的振动值。止推轴承上装一个轴位移探头。轴承监测系统与DCS连接，信号送中控室。每个径向轴承装一个双联热电偶，止推轴承装三个双联热电偶，监视轴瓦温度。