過(guò)氧化物泵故障分析及處理

張金龍 張箭飛 林海(神華新疆化工有限公司， 新疆 烏魯木齊 831400)

設(shè)備運(yùn)維

過(guò)氧化物泵故障分析及處理

張金龍 張箭飛 林海(神華新疆化工有限公司， 新疆 烏魯木齊 831400)

過(guò)氧化物泵是國(guó)內(nèi)某新建27萬(wàn)噸/年高壓低密度聚乙烯裝置的核心設(shè)備之一。作為該裝置聚合反應(yīng)的引發(fā)劑注入泵，自開(kāi)工以來(lái)，已多次出現(xiàn)問(wèn)題，嚴(yán)重造成裝置停車(chē)，損失巨大。本文通過(guò)研究設(shè)備工作原理及結(jié)構(gòu)，對(duì)故障問(wèn)題進(jìn)行深入分析，提出解決措施，從而保證設(shè)備安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿(mǎn)、優(yōu)運(yùn)行。

過(guò)氧化物注入泵;故障;措施

國(guó)內(nèi)某新建27萬(wàn)噸/年高壓低密度聚乙烯裝置，引進(jìn)德國(guó)巴塞爾(Basell)公司Lupotech TS高壓管式法工藝技術(shù)，該技術(shù)以乙烯為原料，丙醛或丙烯作為調(diào)整劑，以過(guò)氧化物為引發(fā)劑，采用單點(diǎn)進(jìn)料4段反應(yīng)聚合方式，在250～310MPa高壓狀態(tài)下生產(chǎn)低密度聚乙烯均聚產(chǎn)品。主要包括工藝單元有：乙烯壓縮、調(diào)節(jié)劑注入、引發(fā)劑配制和注入、聚合、高壓分離和循環(huán)系統(tǒng)、低壓分離和循環(huán)系統(tǒng)、擠出和造粒系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)、后處理系統(tǒng)(脫氣、風(fēng)送)等。裝置由德國(guó)伍德(UHDE)工程公司承擔(dān)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)和超高壓部分的詳細(xì)設(shè)計(jì)，中國(guó)昆侖工程公司大慶分公司(DPEC)負(fù)責(zé)詳細(xì)設(shè)計(jì)。裝置設(shè)計(jì)年操作時(shí)間為7600小時(shí)，平均小時(shí)產(chǎn)量為35.5噸/小時(shí)，引進(jìn)牌多達(dá)19種，包括高透明膜、收縮膜、冷凍膜、農(nóng)膜、電纜料、注塑料、涂覆料、發(fā)泡料等[1]。

引發(fā)劑配制注入系統(tǒng)肩負(fù)著將配置好的過(guò)氧化物注入到反應(yīng)器從而引發(fā)反應(yīng)的重任，然而自開(kāi)工以來(lái)，數(shù)次出現(xiàn)因過(guò)氧化物注入泵故障導(dǎo)致裝置停車(chē)，如何及時(shí)、準(zhǔn)確判斷處理過(guò)氧化物泵及系統(tǒng)故障、提前預(yù)防故障發(fā)生，成為保證裝置長(zhǎng)周期運(yùn)行關(guān)鍵，本文對(duì)過(guò)氧化物泵結(jié)構(gòu)及原理進(jìn)行研究，并對(duì)出現(xiàn)的常見(jiàn)故障進(jìn)行簡(jiǎn)要分析，提出預(yù)防、解決措施。

1 過(guò)氧化物泵概述、設(shè)備參數(shù)、結(jié)構(gòu)原理

1.1 過(guò)氧化物泵概述

過(guò)氧化物注入泵采購(gòu)德國(guó)Uhde公司制造的高壓柱塞泵，該系統(tǒng)共有6臺(tái)泵，其中P1～P4四臺(tái)泵分別注入至反應(yīng)器R1-R4，注入壓力分別控制在260MPa、250 MPa 、235MPa 、220MPa左右， P5泵為反應(yīng)器注入管線(xiàn)和管嘴沖洗；P8為四臺(tái)注入泵備用泵。每臺(tái)泵設(shè)有獨(dú)立的液壓油驅(qū)動(dòng)泵，用于驅(qū)動(dòng)2臺(tái)高壓柱塞泵，每臺(tái)泵配有一套潤(rùn)滑油系統(tǒng)。

1.2 過(guò)氧化物泵參數(shù)

設(shè)備位號(hào) ：P1、P5、P8

P5 溶劑油沖洗泵P8 備用泵技術(shù)參數(shù)描述 數(shù)值 單位流量 0.08 m3/h最大工作壓力 320 MPa設(shè)計(jì)溫度 80 ℃柱塞直徑 14 mm沖程長(zhǎng)度 120 mm設(shè)備位號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 型號(hào)P1 過(guò)氧化物注入泵HP2303-SO

沖程頻率 43 min-1主驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 18.5 kW油箱容積 390 L液壓油溫度 40～60 L

設(shè)備位號(hào) ：P2、P3、P4

P3 過(guò)氧化物注入泵P4 過(guò)氧化物注入泵技術(shù)參數(shù)描述 數(shù)值 單位流量 0.04 m3/h最大工作壓力 320 MPa設(shè)計(jì)溫度 80 ℃柱塞直徑 10 mm沖程長(zhǎng)度 120 mm沖程頻率 43 min-1主驅(qū)動(dòng)電機(jī)功率 11 kW油箱容積 390 L液壓油溫度 40～60 L設(shè)備位號(hào) 設(shè)備名稱(chēng) 型號(hào)P2 過(guò)氧化物注入泵HP3002

1.3 過(guò)氧化物注入泵工作原理

1.3.1 過(guò)氧化物泵結(jié)構(gòu)組成

過(guò)氧化物注入泵為液壓油驅(qū)動(dòng)的雙作用柱塞泵，通過(guò)液壓油驅(qū)動(dòng)柱塞作往復(fù)運(yùn)動(dòng)實(shí)現(xiàn)過(guò)氧化物介質(zhì)的吸入和排出。主要由油箱、液壓油泵，2臺(tái)高壓柱塞泵(1號(hào)泵和2號(hào)泵)、潤(rùn)滑油系統(tǒng)、液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)等組成。

1.3.2 工作原理

過(guò)氧化物泵控制系統(tǒng)如圖3所示，換向閥XV1控制在用(1號(hào)泵)和備用(2號(hào)泵)柱塞泵之間切換；換向閥XV2、XV3分別控制1號(hào)和2號(hào)柱塞泵往復(fù)運(yùn)動(dòng)換向。以1號(hào)泵為在用泵，2號(hào)泵為備用泵，液壓油泵(斜軸泵)將液壓油升壓到5MPa左右，通過(guò)換向閥XV1、XV2將油送入柱塞泵液壓油缸推動(dòng)活塞移動(dòng)，活塞帶動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)出入口單向閥使過(guò)氧化物吸入和排出[3]。系統(tǒng)3為液壓油冷卻循環(huán)系統(tǒng)，控制壓力為2MPa左右，可切換過(guò)濾器保證系統(tǒng)液壓油潔凈度，通過(guò)冷卻器使系統(tǒng)油溫保持在40℃左右。液壓油泵出口設(shè)有溢流閥PVR1保護(hù)系統(tǒng)不會(huì)超壓。當(dāng)在用柱塞泵1號(hào)泵出現(xiàn)故障，可通過(guò)換向閥XV1切換到備用泵，保證生產(chǎn)穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 過(guò)氧化物泵整體外形

圖2 過(guò)氧化物泵冷卻循環(huán)系統(tǒng)

圖3 過(guò)氧化物注入泵原理圖

2 常見(jiàn)故障分析及采取措施

2.1 液壓油管線(xiàn)連接螺母泄壓孔漏油

2.1.1 故障現(xiàn)象

過(guò)氧化物泵P1001在運(yùn)行過(guò)程中，液壓油從螺母泄壓孔(圖4)中大量泄漏，過(guò)氧化物泵因油位低聯(lián)鎖停車(chē)。2.1.2 故障原因

造成液壓油從螺母泄壓孔內(nèi)泄漏原因主要有以下兩點(diǎn)。

(1)由于泵出口壓力大高達(dá)260MPa，液壓油驅(qū)動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致泵體振動(dòng)較大，長(zhǎng)時(shí)間振動(dòng)導(dǎo)致液壓油管線(xiàn)螺母松動(dòng)，致使液壓油從螺母泄壓孔內(nèi)泄漏。

(2)螺母內(nèi)密封圈老化受損，無(wú)法有效密封，導(dǎo)致液壓油泄漏。

2.1.3 預(yù)防措施

(1)定期檢查液壓油管螺母有無(wú)松動(dòng)，進(jìn)行緊固。

(2)緊固螺母內(nèi)O型密封圈使用壽命為2年，定期更換O型圈，避免因密封圈失效造成液壓油泄漏。

2.2 過(guò)氧化物泵填料泄漏

2.2.1 故障現(xiàn)象

過(guò)氧化物泵柱塞桿密封為填料密封，填料外側(cè)配有專(zhuān)門(mén)用于潤(rùn)滑填料的潤(rùn)滑油注入口，且在泵運(yùn)行時(shí)，潤(rùn)滑油從填料壓蓋處流出(圖5)，每4～5秒滴一滴。開(kāi)工運(yùn)行一段時(shí)間后，過(guò)氧化物泵填料壓蓋處泄漏出現(xiàn)增大情況，至使無(wú)法滿(mǎn)足泵出口壓力、流量要求。

圖4 液壓油管線(xiàn)連接螺母

圖5 過(guò)氧化物泵柱塞填料壓蓋

2.2.2 故障原因：

高壓填料結(jié)構(gòu)如圖6所示，主要由導(dǎo)向環(huán)227、壓力環(huán)226、中間環(huán)225、V型填料環(huán)224、支撐環(huán)223組成，其中支撐環(huán)223為銅合金材質(zhì)，V型填料環(huán)224為RCH1000材料[2]。當(dāng)柱塞泵運(yùn)行過(guò)氧化物受壓排出時(shí)，高壓填料組件受壓，中間環(huán)225、V型填料環(huán)224變形后分別與柱塞和液壓缸緊密接觸實(shí)現(xiàn)密封，同時(shí)壓力環(huán)226受徑向力向外擴(kuò)張，直徑有增變大，過(guò)氧化物吸入時(shí)填料組件受力消除恢復(fù)原狀，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，壓力環(huán)226頻繁擴(kuò)張、復(fù)位，最終導(dǎo)致壓力環(huán)疲勞受損(圖7壓力環(huán)受損)，整套填料組件失去密封作用。

導(dǎo)致過(guò)氧化物泵填料泄漏的其他原因有：潤(rùn)滑油注入不良，填料磨損，無(wú)法進(jìn)行有效密封；填料壓蓋松動(dòng)，致使填料無(wú)法進(jìn)行有效密封；未按照起泵要求操作，導(dǎo)致填料組件加速受損。

根據(jù)廠家提供數(shù)據(jù)，過(guò)氧化物泵填料壽命至少為4000小時(shí)，剛開(kāi)工一個(gè)月就出現(xiàn)填料泄漏，基本排除填料失效原因。經(jīng)過(guò)排查，潤(rùn)滑油系統(tǒng)注入正常，現(xiàn)場(chǎng)檢查填料壓緊螺母松動(dòng)，導(dǎo)致填料組件無(wú)法形成有效密封，為泄漏主要原因。若泵在后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中再次出現(xiàn)泄漏，且緊固填料壓蓋到最大值，也無(wú)法消除泄漏，說(shuō)明填料組件已失效，需更換填料。2.2.3 采取措施

圖6 高壓填料組件

圖7 填料密封組件受損

(1)填料壓蓋松動(dòng)導(dǎo)致泄漏，利用過(guò)氧化物專(zhuān)用工具緊固填料壓緊螺母，需注意壓緊螺母緊固最大行進(jìn)距離為1mm，緊固太緊將損壞填料或減低填料使用壽命。

(2)加強(qiáng)對(duì)填料潤(rùn)滑監(jiān)控，現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油流量計(jì)轉(zhuǎn)子不動(dòng)，立即檢查潤(rùn)滑情況，必要時(shí)切換泵頭維修。

(3)按照操作規(guī)程起泵，更換新填料或設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間停運(yùn)，起泵后在無(wú)壓力情況下運(yùn)行至少1分鐘，然后依次按照500bar、1000bar、1500bar…幾個(gè)階段緩慢升壓。不能直接升壓到工作壓力，否則導(dǎo)致填料泄漏或加快填料磨損。

(4)統(tǒng)計(jì)柱塞填料的使用壽命，設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)填料使用壽命在180天，定期更換填料，這樣可以避免因填料失效而造成泵失效。

2.3 過(guò)氧化物增壓泵柱塞不動(dòng)作，導(dǎo)致過(guò)氧化物出口無(wú)流量、壓力。

2.3.1 故障描述

過(guò)氧化物泵運(yùn)行過(guò)程中，出現(xiàn)泵出口流量、壓力降低情況，并導(dǎo)致聚合反應(yīng)溫度大幅度降低，無(wú)法滿(mǎn)足聚合反應(yīng)，現(xiàn)場(chǎng)查看為柱塞動(dòng)作頻率緩慢，且柱塞行程未達(dá)到規(guī)定沖程長(zhǎng)度，嚴(yán)重時(shí)柱塞運(yùn)行到一側(cè)后將停止動(dòng)作，此時(shí)，液壓油泵出口壓力從正常5MPa升高到7.5MPa。

2.3.2 故障原因

過(guò)氧化物泵柱塞不動(dòng)作，主要原因?yàn)橐簤河拖到y(tǒng)故障，可能出現(xiàn)部位有：換向閥XV2、XV3出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象；液壓開(kāi)關(guān)閥XV4出現(xiàn)故障，導(dǎo)致?lián)Q向閥XV2、XV3無(wú)法有效動(dòng)作，液壓油無(wú)法流動(dòng)泄壓。

圖8 過(guò)氧化物柱塞泵液壓開(kāi)關(guān)閥

通過(guò)各專(zhuān)業(yè)現(xiàn)場(chǎng)檢查，發(fā)現(xiàn)液壓開(kāi)關(guān)閥XV4動(dòng)作故障。如圖8所示，液壓開(kāi)關(guān)閥XV4上部的控制活塞1在在執(zhí)行桿2及彈簧機(jī)構(gòu)作用下來(lái)回動(dòng)作，工作沖程5mm，通過(guò)開(kāi)關(guān)液壓油(2MPa)驅(qū)動(dòng)換向閥XV2、XV3更換閥位，進(jìn)而改變液壓油(6MPa)進(jìn)柱塞泵油缸方向，驅(qū)動(dòng)柱塞往復(fù)運(yùn)動(dòng)，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，柱塞泵左側(cè)執(zhí)行桿2上下擺動(dòng)正常，液壓開(kāi)關(guān)閥上部控制活塞1能夠滿(mǎn)沖程動(dòng)作，而柱塞泵右側(cè)執(zhí)行桿2未有效動(dòng)作，控制活塞1也沒(méi)有5mm沖程。現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)對(duì)執(zhí)行桿2檢查，發(fā)現(xiàn)執(zhí)行桿根部插銷(xiāo)與執(zhí)行桿已粘結(jié)在一起，執(zhí)行桿無(wú)法有效擺動(dòng)，導(dǎo)致控制活塞1無(wú)法上下運(yùn)行，最終導(dǎo)致油路不通，柱塞無(wú)法正常動(dòng)作。

2.3.3 采取措施

對(duì)執(zhí)行桿根部插銷(xiāo)3進(jìn)行打磨處理，并涂抹潤(rùn)滑脂，保證執(zhí)行桿能夠輕松轉(zhuǎn)動(dòng)，定期手動(dòng)檢查執(zhí)行桿轉(zhuǎn)動(dòng)情況，發(fā)現(xiàn)卡澀、不動(dòng)作等情況及時(shí)處理。

2.4 液壓油油溫太高。

2.4.1 問(wèn)題描述

過(guò)氧化物泵運(yùn)行過(guò)程中，液壓油溫度超過(guò)操作值40℃，甚至達(dá)到60℃。2.4.2 故障原因

換熱器無(wú)冷卻介質(zhì)或者流量不足；換熱器溫度控制閥設(shè)置太低；換熱器堵塞，換熱效率降低。2.4.3 采取措施

檢查冷卻水來(lái)回水是否通暢，清理冷卻水過(guò)濾器，檢查冷卻水來(lái)水溫度、壓力是否正常；檢查換熱器溫度控制閥設(shè)定位置，并調(diào)至最大位置；檢查換熱器是否堵塞，關(guān)閉冷卻水來(lái)水閥，打開(kāi)來(lái)水線(xiàn)閥后導(dǎo)淋，對(duì)換熱器進(jìn)行反沖洗去除雜物，正常情況每6個(gè)月對(duì)換熱器進(jìn)行清理。

3 結(jié)論

過(guò)氧化物注入泵作為高壓聚乙烯裝置的重要設(shè)備，自開(kāi)工投產(chǎn)以來(lái)，隨著各系統(tǒng)運(yùn)行出現(xiàn)各種故障，本文深入研究設(shè)備結(jié)構(gòu)原理，多方面分析故障原因，制定相應(yīng)措施，不僅有效降低了該設(shè)備故障率，延長(zhǎng)其使用壽命，而且為裝置安全、平穩(wěn)、長(zhǎng)周期運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

[1]高壓聚乙烯裝置技術(shù)規(guī)程.

[2]Uhde HIGH-PRESSURE INITIATOR INJECTION PUMP for operation and maintenance[M].

[3]張箭飛.氧化物注入泵故障簡(jiǎn)析[J].內(nèi)蒙古石油化工，2013，(17).

張金龍(1988- )，男，漢，甘肅平?jīng)鋈?，大學(xué)本科，助理工程師。