大型空分设备中的低温液体泵的维护与管理

随着国内煤化工项目的迅速发展,大型内压缩流程空分设备的设计、安装及运行维护在不断优化。

其中,作为重要部机的高压液氧泵和液体贮存系统的后备液体泵,其运行状态直接决定了整套空分设备能否稳定运行和故障状态时的气体能否正常供应。

1、使液氧泵处于性能曲线上最佳的工作点可避免出现汽蚀现象

XX煤化工有限责任公司空分分厂的高压液氧泵是多级离心式液氧泵,在调试期间,操作人员改变高压氧气输出量后,高压液氧泵出口压力出现较大幅度的周期性波动,电机电流显示值也出现周期性波动,波动幅度达到10A左右。

迅速开启回流阀及增加高压氧气输出量,电机电流周期性波动情况有所好转,而后呈现的工作状态较稳定,最大波动幅度也降低至2A以下,高压液氧泵出口压力及高压氧气流量逐渐趋于平稳。

经过检查发现,操作人员在高压液氧泵加载过程中未严格按照泵的特性曲线进行操作,高压液氧泵流量及出口压力出现波动后也未引起足够重视,导致出口压力对应的流量低于最低运行流量,

而高压液氧泵处于较高的运行转速,这就造成在输出功率保持一定的条件下,叶轮对较少的液体做功使部分液体汽化,这是引起低温液体泵汽蚀的一个重要原因。

为了避免这种运行状态再次出现,除了严格按照低温液体泵的特性曲线使泵的运行转速、出口压力和流量达到最佳匹配外,加强对泵电机运行电流的监控至关重要,因为电流是反映低温液体泵工艺状态最为灵敏的参数。

建议将低温液体泵电机运行电流信号引入空分设备DCS控制系统进行监控,如果电流出现波动,即使只有2A左右的波动幅度,也表明运行过程中泵出现汽蚀。

低温液体泵电机电流出现波动后,无论是外部条件(如前后工艺系统),还是变频器等电器原因造成的低温液体泵工艺状态波动,都需要进行综合考虑并尽快消除故障,否则长时间处于故障状态会使泵体损坏。

2、控制低温液体泵在入口最低允许压力以上运行

控制低温液体泵的入口最低压力,也是需要引起重视的影响泵运行工况的重要因素。使低温液体泵的入口最低压力在入口最低允许压力以上,是防止汽蚀发生,保证低温液体泵稳定运行的一个因素。

在空分设备安装过程中不可避免地会因管段配管而产生一些铝屑,尤其是上、下塔分体式布置的空分设备,经下塔节流后进入上塔,而后经过上塔规整填料精馏再进入循环液氧泵的低温液体,会在原始开车阶段将大量铝屑冲刷至循环液氧泵入口,造成循环液氧泵在一定运行转速下,其流量低于最低允许流量;

而且由于进口过滤器阻力增加,一旦循环液氧泵转速过高,根据对应的允许吸入真空度,则泵入口压力低于液体对应的饱和压力后,泵内入口液体开始汽化,泵体就会出现较大幅度的振动,长时间振动将造成泵因汽蚀而损坏。

大型内压缩流程空分设备如果采用上、下塔分体式布置,在原始试压过程中,一旦发现循环液氧泵无法有效输送液体,其表现为电流起初处于相对稳定的水平,却无法满足液体输送要求,此时如果通过提高循环液氧泵运行转速的方式以增加其输送能力,将造成泵入口部分液体汽化,长时间运行将导致循环液氧泵损坏。

3、液体贮存系统低温液体泵维护注意事项

液体贮存系统的液氮泵往往作为备用保安氮气系统的重要组成设备,对它的保护也应非常重视。

由于液氮泵入口压力为贮槽液柱静压,故其运行状态比较复杂,而一旦选用流量较大及转速较高的多级离心泵,如果贮槽液位下降较快,非常容易出现因吸入压力达到饱和压力而使液氮泵入口部分液体汽化进而发生汽蚀的故障,长时间运行将造成泵的密封及泵体严重损坏。

另外,在一般情况下,由于备用保安系统的设备运行时间较短,泵进口阀门采用手动阀门,这样就无法将阀门实际开度反馈在DCS控制系统上,一旦出现误操作就会引发较大的设备故障。

4、低温液体泵密封系统运行维护分析

XX煤化工有限责任公司空分设备使用的低温液体泵均设置了密封系统联锁保护,无论是由于工艺原因造成密封气中断,还是机械密封出现损坏,都将导致大量低温物料沿着轴端密封向外泄漏,如果不及时停运低温液体泵将造成大量冷量外泄,影响整个系统的安全生产。

为此,在联轴器护罩内靠近泵体一侧设置一个温度感应探头,用以测量密封点是否存在泄漏,如果温度达到联锁值,则必须联锁停运低温液体泵。这个密封点泄漏温度检测探头对跑冷检测最为敏感。

为了提高密封系统的保护可靠性,对低温液体泵还设置了密封气减压后压力与参考气压力之差显示和联锁功能,一旦密封气进入机体的流量过低,就通过此压差变送器反映进入机械密封的密封气流量,压差值低则表示实际进入机械密封的密封气流量偏低。

但是需要注意的是:在日常维护过程中,如果在调试阶段未对低温液体泵密封气系统变送器取压管路进行吹扫,游离水积聚后非常容易造成取压管路冻结,并出现假信号,从而造成低温液体泵跳车。

可见,不能单纯依靠密封气压差联锁来保护低温液体泵。

此外,如果低温液体泵密封磨损严重,则泵入口低温液体沿着轴端的泄漏量增加后,密封气压力与参考气压力之差势必会减小,可以通过压差变送器检测数据的减小趋势得到一个较小的压差值。

这样,通过压差联锁保护和密封点泄漏温度的低限联锁保护使低温液体泵及时停运,避免设备故障影响扩大。

另外,压差报警就是参考气压力与密封气泄漏压力之差显示值,如果该值过大,势必会出现一定程度的跑冷现象,即通过泵入口沿着轴端渗漏出来的低温物料出现增加趋势。

这部分液体汽化后形成的参考气压力较大,操作人员观察到的参考气压力与密封气泄漏压力之差显示数据较大,在现场就会发现密封气混合气泄漏盘管开始出现部分结霜现象,这时就可以控制密封气泄漏阀门,使密封气泄漏混合气流量降低一些。

如果液氮泵、液氩泵密封气使用压缩空气,需要注意密封气对泵内工艺介质的影响,控制好密封气进入流量,避免污染工艺介质。

此外,在原始开车阶段必须对低温液体泵迷宫密封腔室内的水分进行有效置换,要求在低温液体泵预冷开始前必须分析密封气泄漏气露点及泵体内加温置换气出口露点,以确保低温液体泵密封腔室及泵体内无任何游离水分。否则一旦预冷开始后将非常容易造成水分在迷宫密封内冻结,使迷宫密封损坏。

对于密封气及加温气气源要做好检查确认工作,尤其是试车阶段,必须断开密封气自动减压供气仪表盘,用气源由表盘前断口处进行持续吹扫,以彻底清除机械杂物及密封气供气管路内的游离水分,避免这些有害物质进入密封系统内。

5、认真监控电机轴承温度

如果一台低温液体泵到达项目现场后搁置时间超过1年,那么建议在初次运行前最好联系生产厂家进入现场对电机自由端轴承进行确认:检查油腔室内润滑脂数量是否符合要求,确认各点润滑脂是否存在缺失情况。

必须引起注意的是:不同的低温液体泵其注油嘴形式差异很大,如果利用油枪对其注油,必须在第一次试车时确认润滑脂是否有效进入润滑腔室内,然后进行加油作业。一旦润滑脂不能有效进入润滑部位将给设备的安全运行带来隐患。

电机负荷端轴承温度在DCS控制系统中设置了联锁保护和实时监控点,一旦该点温度出现上升趋势,必须确认润滑脂添加是否出现异常及低温液体泵运行负荷。

另外,环境温度的变化对该点温度的影响也较大(一般可以达到10℃以上的变化),因环境温度的变化引起该点温度出现上升趋势时也不必过分担心,但必须确认运行负荷处于正常范围内及加油脂作业处于正常状态。

6、低温液体泵预冷操作

在低温液体泵预冷期间,必须对泵体进行盘车,以此分析、判断管段冷缩后是否对泵体存在作用力。

为此,在安装过程中,要保持进、出口软管伸缩时不受制于外力,同时详细检查进、出口法兰间隙并保证进、出口与软管连接的工艺管段支架牢固可靠;

如果是立式泵还需要考虑泵出口限位的问题,避免管段内介质流动后出现晃动现象,影响泵出口作用力。

必须严格控制低温液体泵常温状态下的预冷过程,一般多级泵至少控制在4小时以上,否则管道收缩后对泵产生的作用力非常明显。

一旦发现预冷过程中泵无法盘车,就必须重新加温后再预冷。建议低温液体泵在常温状态下预冷时,先利用系统内的低温气体预冷,然后缓慢利用入口低温液体进行预冷,严格控制预冷速度,这样才能有效消除泵进、出口管道在低温状态下收缩后引起的应力作用。