ประเด็นสำคัญ
- ปั๊มคาร์บาเมตและปั๊มแอมโมเนียเหลวในหน่วยสังเคราะห์แอมโมเนียทำงานในสภาวะที่รุนแรง: NH₃ + CO₂ + H₂O เป็นของเหลว Carbaugh pH 10-11 กัดกร่อนโลหะผสมทองแดงและยางฟลูออร์อย่างรุนแรง
- ซีลคาร์บอนกราไฟต์ควรใช้กราไฟต์อิมเพรกเนตเรซินฟูแรน (ต้านการกัดกร่อน NH₃); หลีกเลี่ยงกราไฟต์อิมเพรกเนตโลหะบาบบิทที่มีทองแดง
- สภาวะความดันสูง (15-25 MPa) ต้องใช้ซีลกลไกคู่แบบอันต่อเนื่อง ความดันของเหลวกั้นสูงกว่าตัวกลาง 0.2-0.3 MPa
- ของเหลวกั้นใช้น้ำมันไฮดรอลิกทนการสึกหรอ ISO VG 46 ร่วมกับปั๊มไดอะแฟรมรักษาความดันคงที่เติม เพื่อป้องกัน NH₃ รั่วสู่บรรยากาศ
- Huahao Sealing ได้ยืดอายุซีลปั๊มคาร์บาเมตจาก 2000 เป็น 8000 ชั่วโมงในโครงการปรับปรุงหน่วยสังเคราะห์แอมโมเนีย 300000 ตัน/ปี
ปั๊มคาร์บาเมตและปั๊มแอมโมเนียเหลวในหน่วยสังเคราะห์แอมโมเนียขนส่งตัวกลางที่มีแอมโมเนีย (NH₃) คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และน้ำ ก่อตัวเป็นของเหลว Carbaugh (สารละลายแอมโมเนียมคาร์บาเมต) ที่กัดกร่อนสูง อ้างอิงจากประสบการณ์ให้บริการของ Huahao Sealing ที่โรงปุ๋ย Yuntianhua และ Xinlianxin บทความนี้แนะนำการเลือกซีลคาร์บอนกราไฟต์สำหรับตัวกลาง NH₃
1. ลักษณะสภาวะการทำงาน
ปั๊มคาร์บาเมตขนส่งสารละลายแอมโมเนียมคาร์บาเมตที่ 70-90℃, 15-25 MPa, pH 10-11 กัดกร่อนโลหะผสมทองแดงและยางฟลูออร์อย่างรุนแรง ปั๊มแอมโมเนียเหลวขนส่งแอมโมเนียเหลว -33℃ ถึง +40℃ ที่ 1.5-3.0 MPa; ความหนืดของแอมโมเนียเหลวเพียง 0.25 mPa·s (หนึ่งในสี่ของน้ำ) ทำให้ฟิล์มของเหลวที่ผิวหน้าง่ายต่อการถูกทำลาย
สถิติความเสียหาย: การสูญเสียสารอิมเพรกเนตจากการกัดกร่อน (38%) การบวมของ O-ring (25%) การยึดติดจากความเหนื่อยล้าจากการกัดกร่อนของสปริง (18%) การแตกร้าวจากความร้อนที่ผิวหน้า (12%) สามประเภทแรกเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเลือกวัสดุ
2. การเลือกวัสดุ
2.1 กราไฟต์อิมเพรกเนตเรซินฟูแรน
สำหรับตัวกลาง NH₃ กราไฟต์อิมเพรกเนตเรซินฟูแรน M106K เป็นที่ต้องการ มีความต้านทานด่างที่ยอดเยี่ยม คงที่ในระยะยาวในสารละลายคาร์บาเมต pH 10-11 ทนอุณหภูมิ 200℃ การทดสอบเปรียบเทียบ: กราไฟต์อิมเพรกเนตฟูแรนจุ่มในสารละลายคาร์บาเมต 80℃ 1000 ชั่วโมง พอรอสิตี้เพิ่มจาก 1.8% เป็น 2.1% เท่านั้น; กราไฟต์อิมเพรกเนตฟีนอลิกเพิ่มเป็น 4.5% ไม่ตอบสนองความต้องการซีล
2.2 วัสดุต้องห้าม
หลีกเลี่ยงกราไฟต์อิมเพรกเนตอินติมอนี (อินติมอนีสลายตัวเชิงซ้อนใน NH₃ สูญเสีย 40% ใน 3 เดือน) และกราไฟต์อิมเพรกเนตโลหะบาบบิทที่มีทองแดง (ทองแดงกัดกร่อนอย่างรวดเร็วในแอมโมเนีย)
2.3 วัสดุประกบ
แนะนำซิลิคอนคาร์ไบด์เซนเตอร์ (SSiC) ทนการกัดกร่อนดีกว่าซิลิคอนคาร์ไบด์เชื่อมปฏิกิริยา ค่าการนำความร้อน 120 W/(m·K) หลีกเลี่ยงฮาร์ดโลหะ (สารยึดโคบอลต์ถูกกัดกร่อนเลือกในแอมโมเนีย)
3. โครงสร้างซีลคู่แบบอันต่อเนื่อง
ปั๊มคาร์บาเมตความดันสูงใช้ซีลกลไกคู่แบบอันต่อเนื่อง: ซีลด้านในรับความดันตัวกลาง ซีลด้านนอกรับความดันของเหลวกั้น แม้ซีลด้านในเสีย ซีลด้านนอกยังบล็อก NH₃ รั่วสู่บรรยากาศ
ความดันของเหลวกั้นเกินตัวกลาง 0.2-0.3 MPa รับประกันผิวหน้าด้านตัวกลางมีเดลต้าความดันย้อนกลับ ของเหลวกั้นใช้น้ำมันไฮดรอลิกทนการสึกหรอ ISO VG 46 ร่วมกับปั๊มไดอะแฟรมรักษาความดันคงที่เติม ความผันแปรความดันภายใน ±0.05 MPa
O-ring ต้องใช้ Aflas หรือ Kalrez ทน NH₃ ที่ดีกว่า FKM FKM บวม 15% ในแอมโมเนียเหลวภายใน 500 ชั่วโมง; Aflas บวมน้อยกว่า 2% ใน 1000 ชั่วโมง
4. ส่วนเสริมสภาวะอุณหภูมิต่ำปั๊มแอมโมเนียเหลว
ปั๊มแอมโมเนียเหลวแนะนำท่อระฆังเหล็กกล้าไร้สนิม AM350 กึ่งแข็ง หลีกเลี่ยง Inconel 718 (โมดูลัสความยืดหยุ่นลดลงที่อุณหภูมิต่ำ) ท่อระฆังไม่ต้องการ O-ring หลีกเลี่ยงความเปราะที่อุณหภูมิต่ำ ความดันจำเพาะผิวหน้าลดเหลือ 0.3-0.4 MPa (มาตรฐาน 0.5-0.6 MPa) ป้องกันฟิล์มแอมโมเนียเหลวความหนืดต่ำถูกบีบอัด
5. กรณีศึกษา Huahao Sealing
ปั๊มคาร์บาเมตหน่วยสังเคราะห์แอมโมเนีย 300000 ตัน/ปี ของโรงปุ๋ย (อัตราการไหล 12 m³/h ความดัน 22 MPa อุณหภูมิ 85℃) เดิมใช้ซีลแบรนด์นำเข้าอายุการใช้งานเฉลี่ย 2000 ชั่วโมง ปี 2020 เปลี่ยนเป็นโซลูชัน M106K + SSiC + Aflas + ซีลคู่แบบอันต่อเนื่อง + ปั๊มไดอะแฟรมของเหลวกั้นของ Huahao Sealing อายุการใช้งานเฉลี่ยยืดเป็น 8000 ชั่วโมง ประหยัดค่าอะไหล่ประมาณ 450000 CNY ใน 3 ปี กำจัดความเสี่ยงการรั่วซึม NH₃
ปัจจัยการเลือกสามข้อ: pH ของตัวกลางกำหนดสารอิมเพรกเนต (ด่างเลือกฟูแรน) ระดับความดันกำหนดโครงสร้าง (ความดันสูงเลือกซีลคู่แบบอันต่อเนื่อง) ช่วงอุณหภูมิกำหนดซีลเสริม (อุณหภูมิต่ำเลือก Aflas/ท่อระฆัง)