超重力脫硫設(shè)備優(yōu)化運行與改造

朱家績，魏林松

（云南磷化集團(tuán)?？诹讟I(yè)有限公司，云南昆明 650113）

0 引言

超重力脫硫設(shè)備曾是某公司與北京化工大學(xué)共同承擔(dān)的國家863 課題，通過對公司硫磺制酸裝置調(diào)研，對其中一套硫磺制酸裝置采用北京化工大學(xué)研發(fā)的超重力脫硫設(shè)備，形成32（20+12）萬噸/年硫磺制酸裝置超重力脫硫產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用技術(shù)，建成超重力脫硫示范裝置，共同探索超重力脫硫技術(shù)在大型硫磺制酸裝置上的規(guī)模應(yīng)用[1]。

1 設(shè)備軸封泄漏

某公司超重力脫硫系統(tǒng)于2014年7 月建成投用，原設(shè)計采用潤滑脂潤滑，軸封為迷宮式梳齒密封。超重力脫硫設(shè)備投用后，軸封處開始有吸收液漏出，運行2 個月后設(shè)備跳停，開蓋對設(shè)備進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)梳齒密封端面被吸收液結(jié)晶堵死，還發(fā)現(xiàn)了機械摩擦的痕跡；推力軸承損壞嚴(yán)重，損壞的原因主要是尾氣吸收液泄漏進(jìn)入軸承箱，吸收液及結(jié)晶顆粒物污染潤滑脂導(dǎo)致軸承損壞。出現(xiàn)問題后與廠家進(jìn)行技術(shù)交流，決定對軸封進(jìn)行改進(jìn)，采用四氟唇形密封取代迷宮式梳齒密封結(jié)構(gòu)。超重力脫硫設(shè)備的運行周期提高到94 d，但仍然不能消除軸封泄漏，軸承使用壽命沒能延長。超重力脫硫設(shè)備的停機檢修需要較長時間，這有悖于硫酸裝置的使用需求，隨著公司對硫酸裝置連續(xù)長周期運行要求的不斷提高，如何延長超重力脫硫設(shè)備的運行周期成為急需解決的問題。

2 超重力脫硫設(shè)備工作原理與結(jié)構(gòu)

2.1 工作原理

超重力脫硫設(shè)備為轉(zhuǎn)動設(shè)備，通過變頻器控制電機提供動力，經(jīng)皮帶輪減速后帶動中心滾筒式轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，吸收液通過離心泵輸送至滾筒內(nèi)側(cè)，經(jīng)過布液管布液后噴淋在滾筒的網(wǎng)狀內(nèi)芯上，高速撞擊后的霧狀液滴在離心力的作用下加速向超重力脫硫設(shè)備殼體方向運動，與逆向進(jìn)入的尾氣接觸，氣液兩相發(fā)生快速傳質(zhì)反應(yīng)，吸收尾氣中的SO2、SO3等氣體。在此過程中，吸收液被填料分散、破碎，形成極大的、不斷更新的表面積，極大強化了傳質(zhì)過程，有效提高吸收效率。尾氣穿過網(wǎng)狀內(nèi)芯，超重力脫硫設(shè)備上部的除沫器除去夾帶的水霧后，進(jìn)入尾氣煙囪排放。吸收液通過超重力脫硫設(shè)備回流口進(jìn)入循環(huán)槽，循環(huán)槽內(nèi)的循環(huán)吸收液通過加水、加氨調(diào)節(jié)比重和pH 值后，經(jīng)尾吸泵送至超重力脫硫設(shè)備循環(huán)吸收使用，多余的吸收液輸送至下游工序。

2.2 結(jié)構(gòu)

超重力脫硫技術(shù)在設(shè)備大小、空間需求、液體循環(huán)量、整體運行成本等方面具有顯著優(yōu)勢。對于尾氣流量的負(fù)荷變化，傳統(tǒng)塔是通過增加或減少噴淋層數(shù)的突變方式來適應(yīng)，并受總噴淋層數(shù)的限制，調(diào)節(jié)靈活性有限，與負(fù)荷的匹配性差。而超重力脫硫裝置可以通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子速度的方式對尾吸負(fù)荷進(jìn)行連續(xù)調(diào)節(jié)匹配，適應(yīng)性強。

超重力脫硫設(shè)備主要由電機、筒體、旋轉(zhuǎn)體、布液器、除霧器、設(shè)備支架等組成（圖1）。旋轉(zhuǎn)體為核心部件，主要由固定框架和填料組成，框架與軸連接高速旋轉(zhuǎn)，以實現(xiàn)良好的氣液接觸效果。

圖1 超重力脫硫設(shè)備結(jié)構(gòu)

3 超重力脫硫設(shè)備故障及原因分析

超重力脫硫設(shè)備主要利用氨水吸收尾氣中的SO2、SO3等氣體，由于氨具有揮發(fā)性，其隨尾氣泄漏到軸承箱后容易形成結(jié)晶，導(dǎo)致潤滑油脂乳化變質(zhì)，嚴(yán)重影響軸承使用壽命，這是造成脫硫設(shè)備故障的主要原因[2]。其次，超重力脫硫設(shè)備原始設(shè)計采用油脂潤滑，不利于檢查油脂是否出現(xiàn)變質(zhì)，也就很難在第一時間發(fā)現(xiàn)軸封泄漏并及時采取補救措施。

4 超重力脫硫設(shè)備改造實施

4.1 改造思路

研究分析生產(chǎn)運行、檢查、檢修的情況，提出了使用壓縮空氣密封及使用潤滑稀油站替換潤滑脂的改造思路。在現(xiàn)有設(shè)備結(jié)構(gòu)上要實現(xiàn)上述改造思路，需要對軸封系統(tǒng)、軸承箱進(jìn)行改造，增加一體式稀油站供油系統(tǒng)。為了盡可能地降低改造成本，又能確保改造效果，通過反復(fù)核實零件的裝配尺寸，進(jìn)行可行性分析：設(shè)備本體部分需要將軸封系統(tǒng)改造為組合式干氣密封，軸承箱端蓋進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計改造，配置外置式一體式稀油站可實現(xiàn)所需功能。

4.2 改造可行性分析

將現(xiàn)有的軸封系統(tǒng)改為干氣密封+唇形密封圈組合式密封系統(tǒng)。從密封效果而言，現(xiàn)有軸封在安裝使用初期由于具有較好的密封性和柔韌性，尾氣基本不會泄漏；隨著使用時間的延長，軸承間隙、軸徑向跳動偏差、轉(zhuǎn)子不平衡、磨損等因素導(dǎo)致軸封間隙變大，尾氣攜帶著吸收液會泄漏到下方軸承箱部位，進(jìn)而引發(fā)故障。在使用干氣密封+唇形密封圈組合式密封方式后，即使軸封間隙變大，但在干氣的作用下，形成的氣膜阻止了尾氣的泄漏；隨著使用周期的延長，即使軸封間隙較大，仍然可以通過增大壓縮空氣量的方式來進(jìn)行密封。從超重力脫硫設(shè)備的結(jié)構(gòu)上來看，在軸封上部仍有30 mm的空間可以增加干氣密封組件，改造是可行的。

稀油潤滑的改造，由于設(shè)備是立式安裝，在軸承箱的上部開進(jìn)油孔，軸承箱下部開回油孔。潤滑系統(tǒng)的改造主要問題是解決軸承箱下部的密封問題，采用油封密封，若回油不暢會導(dǎo)致軸承箱漏油，需要對軸承箱的回油進(jìn)行單獨改造，避免出現(xiàn)漏油的情況發(fā)生。因設(shè)備的安裝位置較高，回油改造具備改造條件。

4.3 改造過程

（1）軸封系統(tǒng)優(yōu)化改造。設(shè)計干氣密封+唇形密封圈組合式密封系統(tǒng)，改造后的軸封系統(tǒng)主要由軸、軸套、干氣密封組件、軸封組件、組件壓蓋等組成（圖2）。外界向干氣密封組件通入壓縮空氣，調(diào)節(jié)干氣密封壓力，確保壓縮空氣壓力為系統(tǒng)壓力的1.2～1.5 倍，就能有效防止系統(tǒng)尾氣氣體和吸收液泄漏進(jìn)入軸承箱。

圖2 超重力脫硫設(shè)備的軸封

（2）軸承箱改造。由于軸承箱是立式結(jié)構(gòu)，采用稀油強制潤滑，需要在軸承箱上端蓋開進(jìn)油口，潤滑油經(jīng)過油泵輸送到軸承箱壓蓋，直接進(jìn)入上部推力軸承處，再經(jīng)過下部徑向軸承后進(jìn)入到下部軸承壓蓋（回油），經(jīng)回油管回到稀油站循環(huán)使用[3]。為了解決稀油潤滑時下部油封的泄漏和回油暢通的問題，首先在下部軸承鎖緊處增設(shè)甩油環(huán)，利用設(shè)備運行時的離心力，將油推向軸承箱外側(cè)的回油孔，稀油有效遠(yuǎn)離油封，有效避免端蓋油封處潤滑油聚集、泄漏（圖3）。下部壓蓋切向開回油口時，考慮設(shè)備運行轉(zhuǎn)向，保證潤滑油回油通暢。

圖3 軸承箱回油軸封

（3）優(yōu)化改進(jìn)潤滑系統(tǒng)。增加一體式稀油站，包含油箱、主輔油泵各1 臺，控制箱、油過濾器、油冷卻器、電加熱器和附屬件?？刂葡到y(tǒng)可實現(xiàn)油泵聯(lián)鎖啟停，保證供油過程不間斷；潤滑油壓力、過濾器壓差報警等功能，將油壓、壓差、油溫等關(guān)鍵參數(shù)引入DCS 控制系統(tǒng)實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控及報警。

5 超重力脫硫設(shè)備改造后效果分析

超重力脫硫設(shè)備改造完成后運行良好，投用至今連續(xù)運行超過10 000 h 未出現(xiàn)故障情況，僅需定期進(jìn)行潤滑油質(zhì)分析。根據(jù)油質(zhì)分析情況，對潤滑油進(jìn)行置換或者添加，有效延長了設(shè)備連續(xù)運行周期，改造達(dá)到了預(yù)期的目的。