- ▸ปั๊มคาร์บาเมตและปั๊มแอมโมเนียเหลวในหน่วยสังเคราะห์แอมโมเนียเผชิญกับสภาพการใช้งานที่รุนแรง: NH₃ + CO₂ + H₂O ก่อให้เกิดของเหลว Carbaugh ที่มีค่า pH 10-11 ซึ่งกัดกร่อนอย่างรุนแรงต่อโลหะผสมทองแดงและฟลูออโรรับอล์
- ▸ซีลคาร์บอนกราไฟต์ควรใช้กราไฟต์ที่อัดซึมด้วยเรซินฟูราน (ทนการกัดกร่อน NH₃) หลีกเลี่ยงกราไฟต์ที่อัดซึมด้วยโลหะแบบบิทที่มีทองแดง
- ▸การใช้งานความดันสูง (15-25 MPa) ต้องใช้ซีลกลแบบแหวนคู่แบบทแยงมุม โดยมีความดันของของเหลวกั้นสูงกว่าสื่อ 0.2-0.3 MPa
- ▸ของเหลวกั้นใช้ไฮดรอลิกออยล์ ISO VG 46 ป้องกันการสึกหรอ พร้อมปั๊มไดอะแฟรมควบคุมความดันเพื่อป้องกันการรั่วไหลของ NH₃ สู่บรรยากาศ
- ▸Huahao Sealing ขยายอายุการใช้งานซีลปั๊มคาร์บาเมตจาก 2000 ชั่วโมงเป็น 8000 ชั่วโมง ในโครงการปรับปรุงโรงงานสังเคราะห์แอมโมเนียขนาด 300,000 ตันต่อปี
ปั๊มคาร์บาเมตและปั๊มแอมโมเนียเหลวในหน่วยสังเคราะห์แอมโมเนียลำเลียงสื่อน้ำที่ประกอบด้วยแอมโมเนีย (NH₃), คาร์บอนไดออกไซด์ (CO₂) และน้ำ ซึ่งก่อให้เกิดของเหลว Carbaugh ที่มีฤทธิ์กัดกร่อนสูง (สารละลายแอมโมเนียมคาร์บาเมต) บทความนี้อ้างอิงประสบการณ์การให้บริการของ Huahao Sealing ที่โรงงานปุ๋ย Yuntianhua และ Xinlianxin เพื่อแนะนำการเลือกซีลคาร์บอนกราไฟต์สำหรับการใช้งานกับสื่อ NH₃
1. ลักษณะการใช้งาน
ปั๊มคาร์บาเมตลำเลียงสารละลายแอมโมเนียมคาร์บาเมตที่อุณหภูมิ 70-90℃ ความดัน 15-25 MPa ค่า pH 10-11 ซึ่งกัดกร่อนโลหะผสมทองแดงและฟลูออโรรับอล์อย่างรุนแรง ปั๊มแอมโมเนียเหลวลำเลียงแอมโมเนียเหลวที่อุณหภูมิ -33℃ ถึง +40℃ ที่ความดัน 1.5-3.0 MPa ความหนืดของแอมโมเนียเหลวเพียง 0.25 mPa·s (เพียงหนึ่งในสี่ของน้ำ) ทำให้ฟิล์มหน้าสัมผัสแตกหักได้ง่ายมาก
สถิติความล้มเหลว: การกัดกร่อนของสารอัดซึม (38%), การพองตัวของโอริง (25%), การล้าและกัดกร่อนของสปริง (18%), การแตกร้าวทางความร้อนของหน้าสัมผัส (12%) โดยสามข้อแรกเกี่ยวข้องโดยตรงกับการเลือกวัสดุ
2. การเลือกวัสดุ
2.1 กราไฟต์อัดซึมด้วยเรซินฟูราน
สำหรับสื่อ NH₃ แนะนำกราไฟต์อัดซึมด้วยเรซินฟูราน M106K ซึ่งมีความต้านทานด่างดีเยี่ยม ทนทานในสารละลายคาร์บาเมตที่ pH 10-11 ในระยะยาว อุณหภูมิใช้งานสูงสุด 200℃ การทดสอบเปรียบเทียบ: กราไฟต์อัดซึมฟูรานแช่ในสารละลายคาร์บาเมตที่ 80℃ เป็นเวลา 1000 ชั่วโมง พบว่าเปอร์เซ็นต์รูพรุนเพิ่มขึ้นเพียงจาก 1.8% เป็น 2.1% ขณะที่กราไฟต์อัดซึมฟีนอลิกเพิ่มขึ้นเป็น 4.5% ซึ่งไม่ผ่านข้อกำหนดของซีล
2.2 วัสดุที่ห้ามใช้
หลีกเลี่ยงกราไฟต์อัดซึมด้วยโลหะแอนติโมนี (แอนติโมนีละลายด้วยปฏิกิริยาเคมีใน NH₃ สูญเสียมวลถึง 40% ใน 3 เดือน) และกราไฟต์อัดซึมด้วยโลหะแบบแบบบิทที่มีทองแดง (ทองแดงกัดกร่อนอย่างรวดเร็วในแอมโมเนีย)
2.3 วัสดุคู่สัมผัส
แนะนำใช้ซิลิกอนคาร์ไบด์ซินเทอร์ (SSiC) ซึ่งทนการกัดกร่อนได้ดีกว่า SiC แบบผูกพันด้วยปฏิกิริยา และมีการนำความร้อน 120 W/(m·K) หลีกเลี่ยงฮาร์ดเมทัล (สารยึดเหนี่ยวโคบอลต์ถูกกัดกร่อนเลือกสรรในแอมโมเนีย)
3. โครงสร้างซีลกลแบบแหวนคู่แบบทแยงมุม
การใช้งานปั๊มคาร์บาเมตที่ความดันสูงใช้ซีลกลแบบแหวนคู่แบบทแยงมุม: ซีลด้านในรับความดันของสื่อ ส่วนซีลด้านนอกรับความดันของของเหลวกั้น แม้ซีลด้านในเสียหาย ซีลด้านนอกยังป้องกันการรั่วไหลของ NH₃ สู่บรรยากาศได้
ความดันของของเหลวกั้นสูงกว่าความดันของสื่อ 0.2-0.3 MPa เพื่อให้เกิดความแตกต่างของความดันย้อนกลับที่หน้าสัมผัสด้านสื่อ ของเหลวกั้นใช้ไฮดรอลิกออยล์ ISO VG 46 ป้องกันการสึกหรอ พร้อมปั๊มไดอะแฟรมควบคุมความดันให้คงที่ โดยความผันผวนของความดันอยู่ในช่วง ±0.05 MPa
โอริงต้องใช้วัสดุ Aflas หรือ Kalrez ซึ่งทนทานต่อ NH₃ ดีกว่า FKM โดย FKM จะพองตัว 15% ในแอมโมเนียเหลวภายใน 500 ชั่วโมง ขณะที่ Aflas พองตัวน้อยกว่า 2% ใน 1000 ชั่วโมง
4. การเสริมปั๊มแอมโมเนียเหลวแบบเย็นจัด
ปั๊มแอมโมเนียเหลวแนะนำให้ใช้เบลโลว์สแตนเลสสตีลกึ่งแข็งตัวรุ่น AM350 เพื่อหลีกเลี่ยงการใช้ Inconel 718 ซึ่งมีค่าความยืดหยุ่นลดลงที่อุณหภูมิต่ำ เบลโลว์ไม่จำเป็นต้องใช้ O-ring จึงหลีกเลี่ยงปัญหาการเปราะแตกที่อุณหภูมิต่ำ ความดันเฉพาะที่ผิวหน้าจะลดลงเหลือ 0.3-0.4 MPa (มาตรฐาน 0.5-0.6 MPa) เพื่อป้องกันการรีดฟิล์มแอมโมเนียเหลวที่มีความหนืดต่ำ
5. กรณีศึกษา Huahao Sealing
โรงงานปุ๋ยที่มีหน่วยสังเคราะห์แอมโมเนียขนาด 300000 ตัน/ปี ใช้ปั๊มคาร์บาเมต (อัตราการไหล 12 m³/h, ความดัน 22 MPa, อุณหภูมิ 85℃) ซึ่งเดิมใช้ซีลยี่ห้อที่นำเข้ามีอายุการใช้งานเฉลี่ย 2000 ชั่วโมง หลังจากเปลี่ยนมาใช้โซลูชันซีลของ Huahao Sealing รุ่น M106K + SSiC + Aflas + แหวนซีลคู่แบบทแยง + ของเหลวกั้นปั๊มไดอะแฟรมในปี 2020 อายุการใช้งานเฉลี่ยเพิ่มขึ้นเป็น 8000 ชั่วโมง ประหยัดค่าอะไหล่ประมาณ 450000 หยวนในระยะเวลา 3 ปี พร้อมทั้งขจัดความเสี่ยงการรั่วไหลของ NH₃
ปัจจัยการเลือกสามประการคือ: ค่า pH ของสื่อน้ำกลางกำหนดชนิดของการอัดซึม (สภาพด่างใช้ฟูแรน), ระดับความดันกำหนดโครงสร้าง (ความดันสูงใช้แหวนซีลคู่แบบทแยง), ช่วงอุณหภูมิกำหนดซีลเสริม (เย็นจัดใช้ Aflas/เบลโลว์)