Điểm chính
- Bơm carbamate và bơm amoniac lỏng trong thiết bị tổng hợp amoniac làm việc khắc nghiệt: NH₃ + CO₂ + H₂O tạo thành dung dịch Carbaugh pH 10-11, ăn mòn mạnh hợp kim đồng và cao su fluor
- Vòng đệm than chì carbon nên dùng than chì tẩm nhựa furan (chống ăn mòn NH₃); tránh than chì tẩm hợp kim Babbitt chứa đồng
- Điều kiện áp suất cao (15-25 MPa) cần kín cơ khí kép nối tiếp, áp suất chất cách ly cao hơn môi chất 0.2-0.3 MPa
- Chất cách ly dùng dầu thủy lực chịu mài mòn ISO VG 46, kết hợp bơm màng ổn áp bù để ngăn rò rỉ NH₃ ra khí quyển
- Huahao Sealing đã kéo dài tuổi thọ kín bơm carbamate từ 2000 lên 8000 giờ trong dự án cải tạo thiết bị tổng hợp amoniac 300000 tấn/năm
Bơm carbamate và bơm amoniac lỏng trong thiết bị tổng hợp amoniac vận chuyển môi chất chứa amoniac (NH₃), carbon dioxide (CO₂) và nước, tạo thành dung dịch Carbaugh (dung dịch carbamate amonium) ăn mòn mạnh. Dựa trên kinh nghiệm phục vụ của Huahao Sealing tại các nhà máy phân bón Yuntianhua và Xinlianxin, bài viết giới thiệu chọn vòng đệm than chì carbon cho môi chất NH₃.
1. Đặc tính điều kiện
Bơm carbamate vận chuyển dung dịch nước carbamate amonium, nhiệt độ 70-90℃, áp suất 15-25 MPa, pH 10-11, ăn mòn mạnh hợp kim đồng và cao su fluor. Bơm amoniac lỏng vận chuyển amoniac lỏng -33℃ đến +40℃, áp suất 1.5-3.0 MPa; độ nhớt amoniac lỏng chỉ 0.25 mPa·s (1/4 nước), màng dung dịch bề mặt dễ phá vỡ.
Thống kê hỏng hóc: chất tẩm bị ăn mòn mất (38%), O-ring trương nở (25%), lò xo ăn mòn mỏi (18%), nứt nhiệt bề mặt (12%). Ba loại đầu liên quan trực tiếp đến chọn vật liệu.
2. Chọn vật liệu
2.1 Than chì tẩm nhựa furan
Cho môi chất NH₃, than chì tẩm nhựa furan M106K được ưu tiên, tính kiềm ưu việt, ổn định dài hạn trong dung dịch carbamate pH 10-11, chịu nhiệt 200℃. Thử nghiệm so sánh: than chì tẩm furan ngâm trong dung dịch carbamate 80℃ 1000 giờ, độ rỗng chỉ tăng từ 1.8% lên 2.1%; than chì tẩm phenolic tăng lên 4.5%, không còn đáp ứng yêu cầu kín.
2.2 Vật liệu cấm
Tránh than chì tẩm kim loại antimon (antimon bị hòa tan phức hợp trong NH₃, mất 40% trong 3 tháng) và than chì tẩm hợp kim Babbitt chứa đồng (đồng bị ăn mòn nhanh trong amoniac).
2.3 Vật liệu ma đối
Khuyến nghị silicon carbide thiêu kết (SSiC), chống ăn mòn tốt hơn silicon carbide thiêu kết phản ứng, hệ số dẫn nhiệt 120 W/(m·K). Tránh hợp kim cứng (chất kết dính coban bị ăn mòn chọn lọc trong amoniac).
3. Kết cấu kín kép nối tiếp
Bơm carbamate áp suất cao dùng kín cơ khí kép nối tiếp: kín trong chịu áp suất môi chất, kín ngoài chịu áp suất chất cách ly. Ngay cả khi kín trong hỏng, kín ngoài vẫn chặn NH₃ rò rỉ ra khí quyển.
Áp suất chất cách ly cao hơn môi chất 0.2-0.3 MPa, đảm bảo bề mặt phía môi chất có chênh áp ngược. Chất cách ly dùng dầu thủy lực chịu mài mòn ISO VG 46, kết hợp bơm màng ổn áp bù, dao động áp suất trong ±0.05 MPa.
O-ring phải dùng Aflas hoặc Kalrez, chống NH₃ tốt hơn FKM. FKM trương nở 15% trong amoniac lỏng sau 500 giờ; Aflas trương nở dưới 2% sau 1000 giờ.
4. Bổ sung điều kiện nhiệt độ thấp bơm amoniac lỏng
Bơm amoniac lỏng khuyến nghị ống bích thép không gỉ AM350 bán cứng, tránh Inconel 718 (mô-đun đàn hồi giảm ở nhiệt độ thấp). Ống bích không cần O-ring, tránh giòn nhiệt độ thấp. Áp suất riêng bề mặt giảm xuống 0.3-0.4 MPa (bình thường 0.5-0.6 MPa), ngăn màng amoniac lỏng độ nhớt thấp bị ép挤出.
5. Case study Huahao Sealing
Bơm carbamate thiết bị tổng hợp amoniac 300000 tấn/năm của nhà máy phân bón (lưu lượng 12 m³/h, áp suất 22 MPa, nhiệt độ 85℃), ban đầu dùng kín thương hiệu nhập khẩu tuổi thọ trung bình 2000 giờ. Năm 2020 chuyển sang giải pháp M106K + SSiC + Aflas + kín kép nối tiếp + bơm màng chất cách ly của Huahao Sealing, tuổi thọ trung bình kéo dài đến 8000 giờ, tiết kiệm chi phí phụ tùng khoảng 450000 CNY trong 3 năm, loại bỏ rủi ro rò rỉ NH₃.
Ba yếu tố chọn: pH môi chất quyết định chất tẩm (kiềm chọn furan), cấp áp suất quyết định kết cấu (áp suất cao chọn kín kép nối tiếp), khoảng nhiệt độ quyết định kín phụ (nhiệt độ thấp chọn Aflas/ống bích).