旋转式压缩机和泵以下简称机泵,是装置工流程中常用且重要的设备。也是装置能否长周期安全无故障连续运行、符合泄漏要求、达到环保规定、经济效益高的保证。
本文中所提出的问题是根据石化企业实际运行情况并从《流体机械》、《石油化工设备技术》、《风机技术》、《水泵技术》等期刊中刊载的有关文章整理出来的,其中压缩机类的问题50个,泵类的问题60个。绝大多数问题出自石化企业,包括机泵在各种流体、不同温度和压力运行条件下,各种机泵类型发生的问题,有一定的代表性。
1、问题归纳:
按以下几个方面进行问题的归纳。
管道系统:包括进、出口和油路管道系统;
本体:包括密封、转子和静止元件;
相联设备:包括各式驱动机、齿轮箱和联轴器;
节能:包括各种节能措施;
监测:包括机组的振动和工艺操作、监测仪器的相关因素等问题。
表1中压缩机的密封问题,主要是泄漏量过大,改用其他形式密封,如非接触式机械密封(以下简称液膜或气膜密封)表2中泵的密封问题,主要是泄漏量过大,使用寿命短,将接触式机械密封(以下简称机械密封)改为其他形式机械密封或液膜、气膜密封;节能措施,多采用变频调速。
从表1、表2中可以看出,压缩机的密封和振动问题分别占20%和22%,是问题的主导;泵的密封和节能问题各占30%,是问题的主导。压缩机的节能问题3个少于泵的节能问题18个,主要是因为前者多是用可调节转速的汽轮机或燃气轮机做驱动机,而泵除很少数大型者外都是由电机作驱动机的恒速设备。压缩机的管道系统和相联设备的问题(各8个)多于泵的问题(各2个),是因为压缩机有润滑油和密封油系统,进出口管道系统带有控制阀件等,机组的配备设备多。
2、问题分析
2.1监测技术至关重要
机泵的许多故障情况复杂,往往有多种状态混杂在一起,问题难以识别和确定。由于机泵有较齐全的监测系统和监测人员累积的经验,使不少故障能及时判断,避免了灾难性事故,减少了装置停产带来的经济损失。仅催化裂化装置开停工1次所需费用就达500万元之多,全国有60余套装置,如1年内能防止不出1次故障停工,其节省的开停工费用就很可观。
我国石化企业正以国外相同装置运行周期为目标,不断提高运行周期,除了机泵整机质量过硬外,还要有先进的监测手段。特别是大型机泵的监测系统多是国外产品,国内虽有研制用于生产的产品并有产品供应,但急需有高水平的、能与国外技术竞争的产品,占有市场的应有份额。
2.2密封是关键
从上述的问题比较可知,机泵密封问题占的比例最高,主要表现为泄漏量大、使用寿命短,一直是困扰用户的难题。如压缩机以往用得最多的浮环密封泄漏量过大,就是进口的压缩机有的也如此。重油泵、渣油泵和油浆泵等高温泵,以及轻烃泵等密封失效也是恼人的问题。这些问题现场经数年或多次改进才能满足要求。
(1)机械密封是重点
磁力泵和屏蔽泵等无轴封泵、液膜和气膜密封以及其他形式密封,只能取代部分机械密封。企业多是通过现有装置增加部分机泵或增加装置来扩大产量的,因而也增多了机械密封的用量。估计一个深加工的炼油厂要800台泵,一个大型石化厂要2000台泵,一个特大型石化厂要6000台泵,机械密封占有重要的位置。这种密封还可发展成其他形式或与其他形式组合的密封。
(2)集装式机械密封待发展
API610《石油、重化学和天然气工业用离心泵》标准规定除非另有规定,所有标准的机械密封都应是集装式结构。这种密封将所有元件组成整体进行试验和安装,质量有保证。不需移动驱动机就可拆下,安装方便,不需再调整。这种密封还可做成液膜或气膜密封,其优点得到用户认可,是急待发展的产品。
(3)金属波纹管密封要完善
由于金属波纹管取代了机械密封中的弹簧和密封圈等元件,具有随工况变化时轴向移动灵敏、能补偿安装误差和密封端面不平行等特点,在高温液体或兼有颗粒物的密封中得到应用。但因波纹管质量不稳定、弹性失弹和破裂等,使用寿命不长,加上价格较高,未能充分发挥其特点,有必要从材料选用、制造工艺、波纹形状、减少焊缝和密封端结构等方面进行完善。在此基础上还可做成液膜或气膜密封扩大应用,国内已在研制。国外的这种密封压力从负压到1.8Mpa,双端面可到4Mpa,温度-40度~360度。
(4)液膜和气膜密封受青睐
液膜和气膜密封,是在动环或静环端面的外径或内径径向开槽通入密封流体,在旋转时产生的动压效应,在密封面处形成1~3微米的间隙,与被密封流体呈现无压差,达到微泄漏或零泄漏,并在压力、转速变化时自动调整间隙,使密封面不受磨损。
为了密封安全可靠,应由制造厂配备必要的监测仪表、控制阀、限流孔板、过滤器(能滤除拌1微米以上的颗粒物)、相连管道等,并有完备的监控系统,不致出现互不统一、五花八门的配置。
2.3变频调速
变频器通过改变电机的供电频率来改变泵的转速。具有调速范围宽、启动电流小、保护功能完善、操作简单、安全可靠、降低转速后减少噪音和振动、避免泵抽空、延长使用寿命等特点。现有泵组不需作其他改变,节能效果可达40%,投资回收期不到1年。根据用户获得的经验和经济效益,有的已从整个装置的机泵来统一考虑变频调速,高电压的大型机泵也有采用的。
变频器大小的选定。
新建装置的泵,可按变频器厂推荐以电机功率选定。变频器已有比电机额定电流大10%的裕量,不必另外加大。泵配的电机按API610标准选定功率,不能有过大的裕量。对大功率的机泵,根据工艺情况分析与变频器厂协商,选用小于电机功率的变频器。
在用装置的泵,可按电机的实测功率选定变频器,即可以小于电机功率,但不得小于电机功率的2/3。也有特大功率采用特别措施来减少变频器容量的.
选用变频调速的目的,一是工艺需要较大范围的调速,二是由于诸多因素使泵的流量过大,需降速小范围调速。变频器虽可在0~120Hz,或更高频率的范围内调节,但不能超过泵额定转速的105%。否则要考虑泵和电机是否允许,泵的流量超过额定值也可能产生汽蚀。变频器仅作为降速使用,降速过低,变频器和电机的效率降太多,泵的效率也有降低.
2.4油雾润滑系统
油雾润滑系统由油雾操作站、油雾输送管道和油雾分配器组成,利用75Pa净化空气将润滑油雾化成1~3微米微粒,送至泵的滚动轴承润滑。输送管长可达180米,石化装置已有引进使用的,(包括高温油泵)。其优点是轴承温度可降低10~15℃,故障减少90%,延长了使用寿命,润滑油耗量少40%,降低工人劳动强度,值得推广应用。
油雾润滑适于装置集中布置的、非强制润滑的采用滚动轴承的泵使用。
油雾润滑的关键部分是油雾发生器,需要消化吸收其技术,创出自己的产品,目前也可引进关键部分自己配套。