聚甲醛装置化工屏蔽泵的维护

潘爱庶

（国家能源集团宁夏煤业有限责任公司甲醇分公司，宁夏银川 750409）

0 引言

国家能源集团宁夏煤业有限责任公司甲醇分公司的6 万吨/年聚甲醛项目，采用共聚甲醛技术，利用精甲醇作为原料生产共聚甲醛，共聚甲醛主要由三聚甲醛和其他单体共聚制备。质量分数为60%～70%的甲醛，在浓硫酸或阳离子交换树脂催化下得到三聚甲醛并精制为99%三聚甲醛，然后与少量共聚单体二氧戊环在路易斯酸存在条件下开环聚合为共聚甲醛，再加入抗氧剂等助剂，造粒成共聚甲醛产品。在聚甲醛生产过程中存在甲醇、甲醛、三聚甲醛、二氧戊环等多种危险化学品，其中三聚甲醛凝固点较高，常温下为固体，反应用高浓度甲醛在低温下易发生聚合反应，生成多聚甲醛固体。装置在设计之初，大量采用屏蔽泵输送介质，数量达154 台，其中通用设备占比49.8%，屏蔽泵的维护对聚甲醛装置稳定运行有着重要的意义。

1 屏蔽泵的结构特点

屏蔽泵是一种集泵和电机于一体的无泄漏离心泵，其电机转子和泵叶轮固定在同一根轴上，通过电机定子提供旋转磁场驱动转子转动，转子带动叶轮对输送介质做功。定子和转子同时被封闭在充满介质的容器内，通过屏蔽套将充满介质的转子腔和定子隔离开，保护定子绕组和转子免受介质的侵入。考虑到定子、转子屏蔽套的耐腐蚀要求和电机效率，屏蔽套一般选用耐腐蚀性好、强度高的非导磁材料，目前大多数屏蔽泵生产厂家屏蔽套选用哈氏合金。

屏蔽泵使用的滑动轴承需要介质在动环和静环间形成液膜，以达到润滑轴承和移除电机热量的目的，根据循环方式不同，屏蔽泵分为正循环、逆循环、外循环三种。聚甲醛装置屏蔽泵均采用正循环形式，主要结构包括泵体、叶轮、定子、转子、泵轴、定距套、前端滑动轴承、滑动轴承组件、推力盘、后端滑动轴承、滑动轴承组件、辅助叶轮等部件（图1）。

图1 屏蔽泵结构示意

2 屏蔽泵在聚甲醛装置应用现状

由于屏蔽泵良好的密封性和其结构优势，大量应用在聚甲醛装置甲醛制备、除醇浓缩、三聚甲醛和二氧戊环工段中，用于甲醇、甲醛、三聚甲醛、二氧戊环等危险化学品的输送。

屏蔽泵输送介质凝点较高时，易结晶堵塞屏蔽泵内循环流道，所以聚甲醛装置屏蔽泵和进、出口管线多采用夹套保温设计，夹套内通入70 ℃或80 ℃的保温热水。

目前聚甲醛装置中屏蔽泵的维护难点主要有以下两个：

（1）在三聚甲醛反应工段中，高浓度甲醛单体对提升三聚甲醛反应转化率有着促进作用，但同时高浓度甲醛又极易发生自聚，形成甲醛多聚物，堵塞屏蔽泵入口过滤器，造成滑动轴承润滑效果下降，轴承干磨，导致其故障率增大，寿命降低。同时，频繁启停、清理过滤器，也会导致推力盘、滑动轴承加速磨损，给屏蔽泵的日常维护造成了很大困难。

（2）三聚甲醛装置系统甲酸含量随生产周期的延长而逐步在系统内部累积，腐蚀严重，也是聚甲醛生产过程中的行业难题。该装置自2010 年原始开车至今，已运行12 年，目前装置系统腐蚀问题集中暴露在C-220（三聚甲醛浓缩塔）、C-280（甲醛加压回收塔）的部分管线及换热器，在三聚甲醛反应工段、甲醛加压浓缩工段、甲醛真空浓缩工段的屏蔽泵腐蚀情况也很严重，屏蔽泵内部零部件腐蚀松动后，极易造成轴向力失衡、配合间隙增大、零部件腐蚀脱落等问题。这些问题都会导致屏蔽套磨损破裂。屏蔽套制作、安装、焊接工艺复杂，需要大量专用工具，只能外委专业维修公司进行维修，维修周期较长，一般在1 个月左右。在故障泵外委维修期间，装置单泵运行，抗风险能力大大减弱。

综上所述，聚甲醛装置屏蔽泵维护难点主要有以下两项：①防止三聚甲醛工段甲醛和三聚甲醛结晶后堵塞滤网和滑动轴承润滑流道；②防止含甲酸介质长期腐蚀泵内零部件，造成屏蔽泵损坏，避免屏蔽泵返厂更换屏蔽套。

3 屏蔽泵的维修

屏蔽泵的维修可以参照SHS 03059—2003《石油化工设备维护检修规程》的相关要求进行。此外，聚甲醛装置屏蔽泵维修还应做好以下两个方面的检查工作。

3.1 机械检查

（1）测量碳化硅轴承的孔径和轴套的轴径，并检查配合面的光洁度。如碳化硅轴承和轴套的配合间隙超过检修标准的规定（0.55～11 kW 配合间隙，直径差为0.4 mm，15～45 kW 配合间隙，直径差为0.5 mm）或配合面光洁度不良时，需根据情况更换新轴承、轴套或推力盘。

（2）测量叶轮的上、下外止口和与它们相配合的口环及泵座内径的尺寸，检查配合间隙是否在检修标准规定的范围内，超差时需更换零件或采取堆焊、镶套的维修方式恢复间隙。否则将影响泵的性能、流量、扬程、轴向平衡力。一旦轴向力失衡，在运行过程中会出现异响和振动上涨，短时间即可造成前端或后端滑动轴承、推力盘损坏，严重时还会造成定子、转子屏蔽泵套磨损破裂。

（3）检查屏蔽板密封情况，并更换密封垫片。

（4）测量转子各部跳动测量安装叶轮位置轴的跳动和安装轴承处轴的跳动量，要求不大于0.08 mm。

（5）检查定子、转子屏蔽套的表观情况，尤其要注意焊缝处有无异常情况，必要时应作探伤、检漏、打压检查。

（6）经过长期运行后，转动部分的平衡情况可能有变化，造成泵振动上升。需将转子连同叶轮等旋转零件组装在一起做动平衡试验（表1）。

表1 屏蔽泵动平衡试验要求

（7）检查滑动轴承组件S-SIC 耐磨元件定位销钉和组件定位螺钉的腐蚀情况，如果腐蚀过于严重，无法达到设计预紧力，在运行过程中容易造成突然脱落，异物进入屏蔽泵内循环流道内，会造成屏蔽套破损。

（8）要注意对前端轴承座、后端轴承配合位置进行检查清理，配合面不得有毛刺、飞边、氧化皮、锈蚀、灰尘、砂粒、油污和残留密封胶，否则将影响屏蔽泵组装后前后轴承的对中，造成振动异常、滑动轴承寿命下降。

（9）检查叶轮轮毂、推力盘、定距套、后端滑动轴承垫片、转子轴肩，所有轴向配合面，不能留有拆装造成的高点或毛刺。

（10）组装后测量叶轮装前后的轴窜量，轴窜量控制在规定值内，如超出规定值可以通过车削定距套端面和在推力盘后方加装调整垫片的方式实现。窜量调整要求如表2 所示。

表2 屏蔽泵窜量调整要求

3.2 电气检查

（1）直流电阻检查要求三相电阻的不平衡度不得超过2%。

（2）绝缘电阻检查，屏蔽泵电机绕组的绝缘电阻一般能达到100 MΩ 以上。如低于5 MΩ 时需分析原因，检查绝缘是否受潮，屏蔽套是否有泄漏点。如果定子屏蔽套无问题，则属于绝缘受潮，需进行干燥处理，干燥温度设置要考虑电机绕组绝缘等级，一般H级干燥温度为120 ℃。如果定子屏蔽套有缺陷则需返厂更换屏蔽套，并进一步对绕组进行检查，根据检查情况决定是否更换绕组。

（3）屏蔽泵电机绕组更换和普通电机相似，但绝缘等级较普通电机高，一般为H 级，最高允许工作温度180 ℃。材料较普通电机也不相同，具体规格见表3。

表3 屏蔽泵电机绕组更换材料表

（4）更换绕组后的屏蔽泵正式运转前，需要确定泵的正确转向，反转泵的压力要低于正确转向时泵的压力，一般情况可以通过点动屏蔽泵观察出口压力或使用转向仪，确定泵的正反转。

4 屏蔽泵的日常维护

聚甲醛装置屏蔽泵输送介质有易腐蚀、易结晶、易堵塞的特性，在三聚甲醛工段中屏蔽泵故障率较高，经常出现输送介质中含有固体颗粒、入口过滤器易发生堵塞，屏蔽泵启停频繁，推力盘、滑动轴承使用寿命短，介质腐蚀等问题，维护难度大且部分屏蔽泵维修周期较短。针对此类问题，聚甲醛装置屏蔽泵日常维护应注意以下问题。

（1）严禁无液运转和1 min 以上的断流运转，以防损坏电机和轴承。

（2）严禁逆向运行1 min 以上，逆向运行有可能导致轴承的异常磨损。

（3）严禁在气蚀状态下进行运转，泵在气蚀状态下运行，将会导致轴承的早期磨损。

（4）要经常检查TRG 表的指示，出现指示异常需要及时检修。

（5）查看压力指示情况，入口过滤器堵塞情况，必要时要清理。

（6）检查运转声音、振动、泄漏等异常情况并要处理。

（7）要定期检查保温夹套水的畅通情况，确保泵的表面温度不超过规定值。

（8）要调节出口阀确保其不超负荷运转。

（9）停用后的屏蔽泵要及时用90 ℃热水对屏蔽泵内介质进行冲洗置换，冲洗时间不少于5 min，防止介质存放时间过长凝结堵塞叶轮流道。

（10）定期检查清理屏蔽泵入口过滤器，保证过滤器过滤精度（一般为40～50 目），避免因滤网腐蚀造成甲醛多聚物进入泵内，影响屏蔽泵运转。

（11）对存在腐蚀的屏蔽泵备件及时排查，进行材料升级。

（12）分析屏蔽泵内零部件腐蚀速率和装置运行周期，合理开展计划检修，避免失修造成屏蔽泵返厂大修。

（13）三聚甲醛精馏工段屏蔽泵虽故障率相对较低，但仍需每年进行一次计划检修，避免多聚合物堵塞轴承润滑流道。

（14）屏蔽泵输送介质黏度偏离设计值过大时会影响泵的轴向力，三聚甲醛在碱洗后需要对相关屏蔽泵及时进行计划检修。

（15）三聚甲醛反应浓缩工段、三聚甲醛精馏提纯工段、甲醛加压浓缩工段的屏蔽泵合理储备备机，防止屏蔽泵返厂维修后对装置生产造成影响。

5 结束语

聚甲醛装置中，高浓度甲醛单体对提升三聚甲醛反应转化率有着积极的作用，但同时高浓度甲醛又极易发生自聚，形成润甲醛多聚物，堵塞屏蔽泵入口过滤器，造成滑动轴承滑效果下降、轴承干磨损坏率增大，给屏蔽泵的日常维护造成了很大困难。同时三聚甲醛装置系统甲酸含量过高、系统腐蚀严重，也是聚甲醛生产过程中的行业难题，很多企业目前没有很好的办法降低系统甲酸腐蚀。本文仅从设备管理角度对聚甲醛装置屏蔽泵的维护提出以上看法，其他行业屏蔽泵的使用和维护也可借鉴。在今后的工作中，需不断对三聚甲醛反应浓缩体系、系统甲酸累积等问题不断进行优化和摸索，从而提高屏蔽泵在聚甲醛装置的运行效率、降低维护成本，为国产聚甲醛装置的优化、提质、增效多做贡献。