制氢装置锅炉给水泵故障分析与处理.pdf

3 6 炼 油 与 化 工 R E F I N I N G A N D C H E M I C A L I N D U S T R Y 第2 4 卷 制氢装置锅炉给水泵故障分析与处理 赵 子 龙 ( 大庆石化公司炼 油厂 ， 黑龙 江 大庆 1 6 3 7 1 1 ) 摘要 ： 某制氢装置锅炉给水泵在生产运行过程中出现流量和出口压力下降的现象， 通过对设备的 解体检修和故障分析， 找到了造成故障原因是在锅炉给水泵内部的隔板与壳体口环发生了电偶腐 蚀， 并提出了相应的解决方案。 关键词： 锅炉给水泵； 壳体口环； 电偶腐蚀； 钝化 中图分类号：T E 9 6 4 文献标识码： B 文章编号： 1 6 7 1 — 4 9 6 2 ( 2 0 1 3 ) 0 6 — 0 0 3 6 — 0 3 大庆石化公 司炼油厂制氢装置于 2 0 0 4 年建成 并投产 ， 锅炉给水泵属于该装置的重要设备 ， 主要 作用是将除氧器过来的除氧水增压后， 经换热后 送至锅炉汽包内。一旦锅炉给水中断， 将直接导 致制氢装置的停工 ， 所 以锅炉给水 泵的平稳运行 ， 对制氢装置的长周期运行至关重要。 1装置工艺参数 锅炉给水泵主要技术参数见表 1 。 2故障现象 制氢装置在 2 0 1 2 年5 月大检修开工后 ， 根据 丁艺处理量要求锅炉给水量控制在 4 0 t ／ h ， 进入 l 1 表1 锅炉给水泵主要技术参数 项 目 内容 型号 输送介质 操作温度／ ℃ 设计 出口压力／ MP a 设计流量／ ( m h ) 叶轮材质 口环材质 隔板 中间段材质 泵轴材质 TDGAl 0 0— 7 0 x8 A 除氧水 1 0 4 5 ．0 8 O ZGl Cr l 3 Ni 1 Cr l 3 ZG2 3 0 - 45 0 4 0 Cr 月份需 要处理量 提至 5 5 t ／ h时 ， 泵无法达 到该流 比y 2 在 1 ．5 ～ 1 ． 6 之间之间调整 ， 以满足不确定因素 变化。 所以方案( 2 ) 是最佳流程。 3结论 应用二阶随机规划策略优化不确定条件下化 工分离过程 ， 能够避免不确定 因素的实现对 过程 带来的损失 。 在 1 一 己烯产品分离优化设计案例中， 仅考虑 蒸汽价格的变化。事实上， 还存在其它的不确定 因素可能影响化工过程。如果优化种考虑更多的 不确定因素 ， 优化结果将更可靠。 参考文献 ： [ 1 ]E ． N ． P i s t i k o p o u l o s ，M ． G ． I e r a p e t r i t o u ．N o v e l a p p r o a c h f o r o p t i m a l p r o c e s s d e s i g n u n d e r c e r t a i n t y [ J ] ．C o m p u t e r s c h e m ． E n g n g ， 1 9 9 5 ． 1 9 ( 1 0 ) ： 1 0 8 9 一 l 1 1 0 ． [ 2 ]M o r i t z We n d t ． ， P u L i ， G u n t e r Wo z n y ．N o n l i n e a r C h a n c e — c o n s t r a i n e d P r o c e s s O p t i mi z a t i o n u n d e r u n c e r t a i n t y [ J ]．I n d ． E n g ． C h e m． R e s ， 2 0 0 2， 41 ： 3 6 2 1 - 3 6 2 9 ． 1 3 J N i k o l a o s V ， S a h i n i d i s ． O p t i m i z a t io n u n d e r u n c e rt a i n t y ： s t a t e — o f - t h e — a rt a n d o p p o r t u n i t i e s [ J J ． C o m p u t e r s a n d C h e m i c a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 o 4． 2 8： 9 7 l 一 98 3 ． [ 4 J G ． E ． P a u l e s I V，C ． A ． F l o u d a s ． S t o c h a s t i c p r o g r a mm i n g i n p r o c e s s s y n t h e s i s ：a t wo — s t a g e mo d e l wit h MI NL P r e c o u r s e for mu l t i — p e r i o d h e a t — i n t e g r a t e d d i s t i l l a t i o n s e q u e n c e s l J J． C o m p u t e r s c h e m． E n g n g ， 1 9 9 2 ， 1 6 ( 3 ) ： 1 8 9 — 2 1 0 ． 1 5 J Wa n g Z h e n g ， Ha n F a n g y u ， Wa n g L i x i n ．S t u d y o n p r o c e s s o p t i m i z a t i o n u n d e r u n c e r t a i n t y b a s e d o n 2 S - S L P [ J ] ．C o m p u t e r s a n d Ch e mi c a l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 5， 2 2： 3 9 2 — 3 9 6 ． 【 6 j Mi n g L o n g L i u ，N i k o l a o s V，S a h i n i d i s ．O p t i mi z a t i o n i n P r o c e s s P l a n n i n g u n d e r U n c e rt a i n t y [ J ] ． I n d ． E n g ． C h e m ． R e s ， 1 9 9 6， 3 5： 41 5 4 — 41 6 5 ． 1 7 J Ma r i a n t h i G， l e r a p e t r i t o u ， E d s t r a t i o s N ．No v e l O p t i mi z a t i o n A p p r o a c h o f S t o c h a s t i c P l a n n in g M o d e l s 【 J j．I n d ． E n g ． C h e m． R e s ， 1 9 9 4． 3 3： 1 9 3 0 —1 9 4 2 ． 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 8 — 1 2 作者简介： 王枫， 男， 工程师， 1 9 9 3 年毕业于武汉工业大学机械设计与 制造专业， 现从事化工机械设计工作。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 3 年 第6 期 赵子龙， 等． 制氢装置锅炉给水泵故障分析与处理 3 7 量 ， 且出 口阀门与控制 阀已开至最大 ， 此时泵出 15 压力已经下降到4 ．0 M P a ， 已经满足不了工艺需 求 。决定对泵进行解体检修 ， 该泵为 8 级离心泵 ， 每级之间用隔板间隔， 且隔板上装配有导叶⋯。 解体检查发现每级的隔板镶嵌的壳体口环部 位周向均有不同程度的腐蚀坑洞 ， 且固定 口环的 螺钉 已经 腐蚀损坏 ， 口环 已经松动 ， 8 级叶轮 、 泵 轴、 泵体 口环 、 壳体 口环 、 导叶均完好。这样就会 造成泵 内回流量大量增加 ， 而泵输 出流量会 大幅 度下降， 泵的扬程和效率也会随之下降， 导致泵不 能满足工艺要求 。解体检查损坏部位见图 1 。 图 1 泵解体后 的故 障部位 3故障原因分析 ( 1 ) 汽蚀 解体检查发现泵的 8 级各段均发生故障 ， 而如 果是汽蚀原因发生故障的部位在首级叶轮和吸入 段上， 会在这2 个部位有蚀坑出现， 但检查叶轮均 完好无问题。另外锅炉给水泵的装置汽蚀余量为 6 m， 泵在设计流量8 0 m ／ h 的汽蚀余量为3 ．6 m， 二 者的差值2 ．4 m， 满足A P I 6 1 0 的要求。而除氧器的 除氧水温度控制非常稳定 ， 一直控制在 1 0 0 ～ 1 0 4 之间。液位也一直控制在设计 的6 0 ％左右 。所以 从这两方面就排除了是汽蚀造成的故障。 ( 2 ) 冲刷 泵的壳体 口环与隔板装配属于紧密配合 ， 壳 体 口环与叶轮 口环间隙在 0 ． 3 ～ 0 ． 4 mm左右。泵在 正常运转情况下 ， 内回流泄露发生在 叶轮 口环 与 壳体口环的间隙处。液流的冲刷也会冲刷该处 ， 损坏部位在壳体 口环与隔板结合处 ， 另外壳体 口 环与叶轮口环也完好。所以排除了介质流体单一 冲刷的可能性 ’ 。 ( 3 ) 电化学腐蚀 锅炉水泵输送的介质为除氧水 ， 没有直接腐 蚀设备的能力。所以发生的腐蚀只能从电化学腐 蚀的角度进行分析。由于隔板与壳体口环直接接 触 ， 并且 二者 的材质 不 同 ， 分别 为 Z G 2 3 0 — 4 5 0和 1 C r l 3 ， 属 于碳钢与不锈钢在 同一介质 中接触 ， 由 于他们的腐蚀电位不相同， 且存在一定的电位差 ， 为腐蚀创造了条件， 形成了典型的电偶腐蚀， 隔板 属于阳极 ， 而壳体口环属于阴极 。所以这是造 成锅炉给水泵发生故障的直接原因。 4腐蚀机理分析 锅炉给水泵的隔板材质为Z G 2 3 0 — 4 5 0 ， 属于碳 钢。壳体 口环材质为 1 C r 1 3 ， 属于马氏体不锈钢。 二者存在电极电位差。根据电偶腐蚀机理电位较 低 的金属产生 阳极极化 ， 其结果是溶解度增加 ； 而 电位较高的金属产生阴极极化 ， 其结果是溶解度 下降。金属 C r 标准 电极 电位的 电位为一 0 ． 7 4 V， 金 属F e 的标准电极电位为一 0 ．4 4 V 。按此推算应是 c r 遭到腐蚀 ， 而 F e 得到保护 。 但设备的故障现象却恰恰相反， 这是因为c r 极易钝化金属元素 ， 在 口环加工之时， 由于和大气 中的氧气接触和发生氧化反应 ， 在金属表面生成 了致密 的氧化物 ， 紧密粘附 的富铬氧化物保护表 面， 防止进一步地氧化。氧化层极薄， 透过它可以 看到钢表面的自然光泽 ， 使不锈钢具有独特的表 面。而且 ， 如果损坏了表层， 所暴露出的钢表面会 和大气反应进行 自我修 复 ， 重新形成这种氧化物 “ 钝化膜 ” ， 继续起保 护作用 。形成氧化膜后金属 表 面的电极 电位会 发生很大变化 ， 达到+ 0 ． 5 6 V。 所以隔板成为了阳极 ， 壳体口环成为了阴极。这 样就会使 隔板遭受腐蚀 ， 而 口环得到 了保护 。实 际过程属于典型的电偶腐蚀过程 ， 根据电偶腐蚀 的距离效应 ， 通常在连接处的腐蚀速度最快。在 壳体与口环连接处出现腐蚀现象的根本原因。 锅炉给水泵操作介质为除氧水 ， 经检测 p H值 在 8 ． 8 9 ． 8 之间， 属于弱碱性条件 ， 介质除氧水含氧 量工艺控制指标在 1 5 I~ g ／ L ， 溶解氧的浓度很低， 但 对于备用泵和泵在进行机封检修后溶解氧浓度在 该泵内有一定的增加。根据介质属于弱碱性和在 泵内有一定浓度的溶解氧 ， 发生电偶腐蚀的机理 是发生了氧去极化腐蚀， 腐蚀反应的原理见图2 。 在结合处腐蚀电流最大， 腐蚀最严重 ， 反应的 化学方程为 ： Fe — Fe 0 +2 e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 38 炼 油 与 化 工 R E F I N I N G AN D C HE MI C A L I N DU S T RY 第 2 4 卷 图2 发 生腐蚀 的机理 F e + 2 O H一 — F e ( O H) 2H2 O+O2 +4 e - - - ~ 40H一 由于在泵内有高速流体 ， 分析发生故障的直 接原因为电偶腐蚀使隔板腐蚀出孔洞， 孔洞穿透 后， 介质流体会不断冲刷腐蚀部位， 进而加速腐蚀 的进程。所以造成锅炉给水泵故障的原因前期是 电偶腐蚀的作用， 后期是电偶腐蚀与介质冲刷共 同造成的损坏。 5采取措施 由于锅炉给水泵隔板与壳体是同时铸造后 ， 加工而成。不属于易损件， 并没有储备件。制造 厂现加工已经来不及 ， 所 以采取对原隔板进行修 复的方案来进行 ， 由于原来镶嵌口环部位已经不 能使用 ， 如果采用补焊 的方法产生 的热量会造成 热 变形 ， 泵运行 后造成 叶轮端盖 与隔板 的碰磨 。 根据以上情况采取将腐蚀部位全部车掉。使镶嵌 口环直径变大， 并重新加工 1 个与之相配合的大口 环 装配后完全可以满足精度要求 ， 而不会有变 形的现象发生。这样对每个隔板均采用这样方法 修复， 整台泵组回装完成后进行试车工作， 泵的运 行振值稳定， 最高振值3 ．0 m m ／ s ， 并且泵出口压力 达到5 ． 0 MP a ， 泵流量 已经满足工艺需求 ， 证明了临 时修复方案可行。 6结束语 虽然采用 了临时修复方案能够解决暂时的生 产问题 ， 长期运行仍会发生电偶腐蚀而破坏设 备。根据故障的根本原因是故障部位发生了电偶 腐蚀， 改变隔板的材质， 降低隔板与口环之间的电 位差。目前整个泵按A P I 6 1 0 属于S - 6 级材质， 将 材质升级为 C 一 6 材质 ， S - 6 与 C 一 6 之间的转动部件 材质相同， 壳体隔板部件升级为Z G I C r 1 3 N i ， 与口 环材质电位接近， 避免电偶腐蚀的发生 ， 从而保证 设备的长期稳定运行。 参考文献 ： [ 1 ]魏宝明． 金属腐蚀理论及应用[ M] 一 E 京： 化学工业出版社， 2 0 0 4： 3 5 — 6 2 ． [ 2 ]司朝侠， 高传礼， 黄国栋． 制氢装置安全技术[ M] ．北京： 中国石化 H { 版社， 2 0 0 9 ： 2 6 0 — 2 9 2 ． [ 3 ]宋天民炼 油厂动设备 [ M] 北京； 中国石化出版社 ， 2 0 1 0 ： 3 9 — 5 1 ． [ 4 ]李翠玉， 毛涛． 锅炉给水泵出口 压力不足原因及解决方案[ J ] ． 中国 设备工程 ， 2 0 1 2 ( 1 2 ) ： 2 9 — 3 0 ． [ 5 ]全国泵标准化技术委员会． 石油重化学和天燃气工业用离心 泵『 s ] ．华盛顿 ： 美国石油学会出版社， 2 0 04： 1 1 — 1 7 ． 收稿 日期 ： 2 0 1 3 — 0 2 — 0 2 作者 简介 ： 赵子龙， 男 ， 工程师 ， 2 0 0 2 年毕业于大庆石油学院化工设备 与机械专业 ， 现从事炼油厂动设备管理工作。 石化信息 “ 乙烯工业裂解炉模拟优化系统2 ． 0 版本" 成功申请国家软件著作权 中国国家版权局公报显示， 由石油化工研究院、 兰州石化公司和清华大学历时3年开发的“ 乙烯工业裂解炉模拟与优化 软件系统( 简称E P S O S ) V 2 ． 0 ” ， 成功申请国家版权局著作权证书， 可在乙烯装置推广应用。E P S O S 2 ． 0系统研发经历了实验 室裂解性能评价、 工业炉标定、 裂解过程动力学研究、 结焦动力学研究 ， 建立了不同裂解原料的分子反应动力学模型和结焦 动力学模型 ， 并通过大量的工业炉运行数据， 对模型参数进行修正， 最终形成了乙烯裂解炉模拟与优化系统。该系统能够 针对不同的炉型 、 不同的裂解原料， 准确、 快速地模拟计算出相应操作工况下主要产品的收率以及优化操作条件， 以改善操 作， 提高企业经济效益 ， 通用性很强。 在兰州石化公司4 6 0 k t ／ a 乙烯装置上全周期模拟精度验证试验结果表明， E P S O S 2 ． 0 模拟精度满足了“ 乙烯 、 丙烯收率 的相对误差分别小于2 ％和3 ％” 的考核指标要求。全周期优化方案工业应用试验结果表明， 相比优化前， 兰州石化公司采 用E P S O S 2 ． 0为平台计算后获得的优化方案， 石脑油裂解炉“ 三烯” 收率提高了0 ． 6 ％， 超过了0 ． 5％的考核指标。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m