(河南煤业化工集团中原大化公司，河南濮阳 457004)

河南省煤业化工集团中原大化公司年产11万t尿素装置，采用国内传统的水溶液全循环生产工艺，主要用来回收三胺事业部一、二、三套三聚氰胺生产装置所产生的尾气，在不加入新鲜二氧化碳的条件下重新进行尿素的合成，产品返回三聚氰胺装置作为原料循环利用，有效地降低了三聚氰胺装置的生产成本，同时解决了三聚氰胺工艺尾气回收困难的问题。由于高压甲铵泵为卧式三缸单作用柱塞往复泵有量程大、打压高、成本低等特点，因此选用该泵向合成塔输送甲铵液，但是在正常生产运行过程中其填料经常损坏泄漏，从而严重影响了小尿素和三套三胺的稳定运行，本文将对高压甲铵泵填料损坏的原因进行分析，并提出操作与维护的注意事项。

1 高压甲铵泵的特殊性

甲铵泵缸体要受甲铵液的强烈腐蚀，而且还要受排出高压和吸入低压的脉动应力，因此在缸体内侧应力集中的区域特别容易发生由于腐蚀疲劳而引起的缸体填料损坏现象。

1.1 应力集中区

缸体通道在有交变载荷下开孔相贯处的应力达到最大值，然后逐渐减少，最后基本稳定，可见开孔相贯处是缸体的应力集中区。

1.2 腐蚀疲劳

腐蚀疲劳是由脉动应力及腐蚀两个因素联合作用造成的。金属表面，由于交变载荷长期作用，使局部变形，晶格断裂而产生细微裂纹，从而使保护膜发生破裂井形成易损坏的微小区域。另一方面在甲铵液流速较大或冲刷严重的部位，由于溶液的高速运动对不锈钢表面的氧化膜产生机械磨损，被损坏的氧化膜由于溶液中氧含量偏低得不到及时补充，也引起金属表面的腐蚀。上述双重作用使高应力集中区产生腐蚀疲劳裂纹。

缸体开裂的原因，还与缸体结构不合适有关。原采用四通缸体，开孔相贯处多，另一原因是锻件质量不高。从工艺流程上说，甲铵泵入口应有足够的液柱高度，使介质在缸体内不发生汽蚀现象也是相当重要的。中尿装置初始时80 kt/a的装置一吸塔至一甲泵入口标高在6 m以下，甲铵泵的气缚现象特别严重，四通缸体使用不到两个月就开裂，严重时不到半个月，在11万t/a装置中有比较合适的位差，开裂情况就不严重，一般可用一年，小尿素装置一吸塔至一甲泵进口有11 m的位差，使一甲泵运转工况大为改善，而且泵的结构和骸件材质也作了改进，至今还没有发生缸体开裂的设备事故。

结构上为了减少开孔相贯处的应力集中，将四通缸体改为三通式，使用组合阀，但还不够理想，又将三通缸体改为直通式，在组合阀安装点、高低压交变区不开设相交孔，这样消除了交变应力腔内应力集中现象，改进后泵体寿命明显提高。

上述直通式缸体在加工时采用合理的相交圆角，降低最大应力，提高相交圆角的表面光洁度。表面喷丸或滚压，产生压应力，抵消一部分工作时的拉应力，将缸体锻件的纤维方向和轴线垂直，使材料能承受较高的拉应力。

材料方面采用奥氏体—铁素体复相钢，这种钢有较好的耐应力腐蚀及抗开裂性能，日本认为SUS329J是缸体的适宜材料，瑞典的Sandvlk 3RE60采用先进的冶炼方法，减少钢中夹杂物和缺陷，因为它们都有可能成为腐蚀的裂纹，日本标准要求C≤0.01%，美国标准 C≤0.01% ～0.02%，杂物颗粒 ＜0.2 mm。

在以后的水溶液全循环工艺装置设计中，层高逐步加大，中尿装置最初层高只18.5 m，为使尿素工艺正常运行，使一甲泵缸体内不发生汽蚀现象，改造至23.5 m。中尿装置最完善的设计版本是提至26.5 m。小尿素装置试验版28.0 m，至通用设计时又提至30 m，这是解决一甲泵缸体开裂的重要措施。在工艺操作上逐渐掌握稳定一甲液组分的操作方法，一甲液NH3/CO2波动，造成一甲液温度波动，是一甲泵发生气缚的主要原因。

2 高压甲铵泵结构特点及工作原理

高压甲铵泵P8302A/B/C泵都是由上海大隆机器厂生产的卧式三缸单作用柱塞往复泵，用于氨基甲酸铵的输送，泵液力端的过流原件采用耐酸碱不锈钢制造，泵设计成连续运转型，由电动机通过变频器带动齿轮减速器使泵的流量在13～26 m3/h范围里进行无级调速。

该泵主要包括底盘、驱动部分、减速箱、曲轴箱、柱塞、缸头和进出口管线以及润滑、仪表、电器、密封冲洗等辅助部分。相关参数如表1所示。

3 高压甲铵泵填料损坏的原因与分析

高压甲铵泵P8302A/B/C的操作温度为95～110℃，出口压力为18.5 MPa，介质由三聚氰胺的尾气形成的甲铵液。因此柱塞采用AIISI316Ti镀Ni、Gr材质，以提高柱塞耐蚀、耐磨、耐热以及抗氧化性。轴封填料采用耐热、耐蚀性强、润滑性良好的聚四氟乙烯纤维填料。实际生产中尽管该泵操作工况较为苛刻，但随机备件使用状况、使用寿命基本达到技术要求。但是柱塞和填料经常出现问题，柱塞表面的Ni、Gr镀层剥离严重，大大加剧对填料的磨损，填料的最短使用寿命仅为15 d;填料本身耐蚀性和刚度、强度也不如随机备件，密封效果不好，使用寿命短。这样设备综合维修费用不减反增，严重影响装置稳定运行。

针对缸体填料冲洗水经常结晶堵塞这一问题，操作人员定时用蒸汽吹扫使管路畅通。后来经过填料外加水降温，加空气降温填料寿命比以前有所好转，但是运行长周期也不超过25 d。

针对该泵柱塞和填料出现的问题，多次分析比较后，发现了症结之所在:填料质量达不到要求，耐蚀、耐磨、抗氧化性不强。从而导致填料的密封能力和使用寿命。后来采用某航空工业发动机厂加工制作的柱塞和填料，材质仍为316Ti，不镀Ni、Gr镀层，采用热处理提高硬度强度。实践证明，采用这一改进措施后，柱塞的密封效果、使用寿命在100 d左右。

表1 高压甲铵泵设备参数

4 影响高压甲铵泵填料使用寿命的因素

4.1 密封液

高压柱塞泵都采用主副两段填料密封，当介质从主填料函泄漏时，除了由密封液带走外，还可由副填料函来密封，同时密封液使柱塞表面润滑，使填料保持一定温度(柱塞与填料摩擦发热或液氨泄滑致冷，使填料变形冷缩)。密封液一般用脱盐水，中型厂也有用油的。

4.2 导向套的材质

卧式柱塞泵设置有导向套，主要是起支承和导向柱塞的作用，也使柱塞在往复运动时不因柱塞的重力而打偏填料，因此导向套要求有一定强度且耐磨耐蚀的性能，一般采用填充石墨，二硫化钼的聚四氟乙烯、钢环内衬石墨环、浸渍铝石墨环等。

4.3 填料形式和材料

填料形式和材料质量直接影响到填料的使用寿命。因此填料应选用耐磨、耐低温、强度高、自润滑性能好的材料，现在成熟的是压制成型的碳纤维编织方型TFA填料。

4.4 柱塞镀铬质量及连接

柱塞一般采用表面镀铬，经精加工使其具有较高的硬度和光洁度，镀铬质量不好易剥落，直接磨损填料。镀铬层厚度不要超过0.15 mm，表面不得有任何缺陷。柱塞与十字头连接采用平垫或球垫连接。采用球垫连接可自动和柱塞对中，改善填料的磨偏。

4.5 安装质量

未成型填料在安装前应预压(预压可用液压装置，剪切填料放在模具中，填料上预压力应比泵的排出压力高15% ～25%)，主要目的是使填料成型，能充满填料函，防止柱塞运动时因填料松动而加快磨损。填料装入填料箱，应采用组装法，尽量使填料中心和柱塞中心对中。

5 高压甲铵泵的操作与维护注意事项

启动前应注意以下几点:①启动前必须先打开填料函箱的密封液，并检查是否流通，量不宜过大。②启动油泵，调整油压至正常范围(0.3～0.5 MPa)。③打开入口阀和副线阀，副线阀必须全开。④启动前用调速机构调速，使泵在量低速下启动。

甲铵泵开车前用蒸汽冷凝液先预热泵体，预热后水由泵后排放阀排至地沟。停车后应及时清洗泵体。

运转中经常检查主机轴承盖上的润滑油压力表，油压应保持在0.3～0.5 MPa，有的制造厂未设置油冷却器，则在启动后一段时间内由于循环油温度上升，黏度下降，使油压下降，要及时调整油压，避免主机跳车。

定时分析(每班一次)密封液中泄漏介质的含量，如泄漏严重，填料压盖外漏较多时，应及时紧填料压盖(一般需在泵卸压打循环下紧填料压盖，不得在运转中紧填料压盖)，不能到填料刺坏再紧。

在一般巡检中，应该常注意柱塞发热情况、磨损程度以及有无拉毛等现象。

经常检查各柱塞作功是否正常，如发现出口压力表大幅度摆动，电流表也摆动，缸体有不正常响声，泵的转速与打量不对应等不正常现象，要及时检查和消除。

减速器在日常运行中，必须保持有足够的润滑油，润滑油的情况可自两侧窥视孔观察，应有均匀的轴向泼溅的油液，且存油油位不应在窥视孔看见。如润滑不足或存油过多都不行，减速器在运行中仅有轻度的啮合噪音，应无冲击响声。

如果缸体密封点有泄漏，不能在运转下紧螺栓，必须开副线阀打循环下紧螺栓。合成塔可以在2～3 min内暂停某一物料，但塔底截止阀必须与泵主线同时关闭或打开，以防物料倒流。

6 结束语

本文通过对高压甲铵泵的特点及原理的分析，从设备到工艺方面分析了填料损坏原因，在设备方面通过更换填料类型，从工艺上提出了操作与维护的注意事项，有效地提高了填料的运行寿命，保证了装置的稳定运行。