Lựa Chọn Vòng Đệm Than Chì Carbon Cho Bơm Amoniac Trong Ngành Phân Bón: Xử Lý Ăn Mòn NH₃ Và Dịch Vụ Áp Suất Cao

Bơm carbamate và bơm ammonia lỏng trong các đơn vị tổng hợp ammonia vận chuyển môi chất chứa ammonia (NH₃), carbon dioxide (CO₂) và nước, tạo thành dung dịch Carbaugh rất ăn mòn (dung dịch ammonium carbamate). Dựa trên kinh nghiệm phục vụ của Huahao Sealing tại các nhà máy phân bón Yuntianhua và Xinlianxin, bài viết này giới thiệu lựa chọn vòng đệm than chì carbon cho dịch vụ môi chất NH₃.

1. Đặc điểm dịch vụ

Bơm carbamate vận chuyển dung dịch ammonium carbamate ở nhiệt độ 70-90℃, áp suất 15-25 MPa, pH 10-11, có tính ăn mòn mạnh đối với hợp kim đồng và cao su fluor. Bơm ammonia lỏng vận chuyển ammonia lỏng ở nhiệt độ -33℃ đến +40℃, áp suất 1,5-3,0 MPa; độ nhớt ammonia lỏng chỉ 0,25 mPa·s (bằng một phần tư nước), làm màng mặt tiếp xúc rất dễ bị phá vỡ.

Thống kê hỏng hóc: mất mát do ăn mòn chất ngâm tẩm (38%), phồng O-ring (25%), mỏi ăn mòn lò xo (18%), nứt nhiệt mặt tiếp xúc (12%). Ba nguyên nhân đầu liên quan trực tiếp đến lựa chọn vật liệu.

2. Lựa chọn vật liệu

2.1 Graphite ngâm tẩm nhựa furan

Đối với môi chất NH₃, graphite ngâm tẩm nhựa furan M106K được ưu tiên, có khả năng chống kiềm xuất sắc, ổn định lâu dài trong dung dịch carbamate pH 10-11, chịu nhiệt đến 200℃. Thử nghiệm so sánh: graphite ngâm tẩm furan ngâm trong dung dịch carbamate 80℃ trong 1000 giờ chỉ tăng độ xốp từ 1,8% lên 2,1%; graphite ngâm tẩm phenolic tăng lên 4,5%, không còn đáp ứng yêu cầu vòng đệm.

2.2 Vật liệu cấm sử dụng

Tránh sử dụng graphite ngâm tẩm kim loại antimon (antimon bị hòa tan phức tạp trong NH₃, mất 40% trọng lượng trong 3 tháng) và graphite ngâm tẩm kim loại Babbitt có chứa đồng (đồng bị ăn mòn nhanh trong ammonia).

2.3 Vật liệu tiếp xúc

Khuyến nghị sử dụng silicon carbide thiêu kết (SSiC), có khả năng chống ăn mòn tốt hơn SiC phản ứng và độ dẫn nhiệt 120 W/(m·K). Tránh sử dụng kim loại cứng (chất kết dính coban bị ăn mòn chọn lọc trong ammonia).

3. Cấu trúc đệm kín cơ khí đôi kiểu tandem

Dịch vụ áp suất cao bơm carbamate sử dụng đệm kín cơ khí đôi kiểu tandem: vòng đệm trong chịu áp suất môi chất, vòng đệm ngoài chịu áp suất chất lỏng ngăn cách. Ngay cả khi vòng đệm trong hỏng, vòng đệm ngoài vẫn ngăn chặn rò rỉ NH₃ ra khí quyển.

Áp suất chất lỏng ngăn cách cao hơn áp suất môi chất 0,2-0,3 MPa, đảm bảo chênh áp ngược mặt tiếp xúc phía môi chất. Chất lỏng ngăn cách sử dụng dầu thủy lực chống mài mòn ISO VG 46, được bơm bổ sung ổn định áp suất bằng bơm màng, dao động áp suất trong phạm vi ±0,05 MPa.

O-ring phải sử dụng Aflas hoặc Kalrez, có khả năng chống NH₃ tốt hơn FKM. FKM phồng 15% trong ammonia lỏng trong vòng 500 giờ; Aflas phồng dưới 2% trong 1000 giờ.

4. Bổ sung cho Bơm Amoniac Lỏng ở Nhiệt Độ Thấp

Bơm amoniac lỏng được khuyến nghị sử dụng ống bellow bằng thép không gỉ AM350 bán cứng, tránh dùng Inconel 718 (do mô đun đàn hồi giảm ở nhiệt độ thấp). Ống bellow không cần vòng O, tránh hiện tượng giòn hóa ở nhiệt độ thấp. Áp suất riêng trên mặt giảm xuống còn 0,3-0,4 MPa (tiêu chuẩn 0,5-0,6 MPa), ngăn ngừa hiện tượng màng amoniac lỏng có độ nhớt thấp bị ép ra ngoài.

5. Nghiên cứu trường hợp của Huahao Sealing

Một nhà máy phân bón với đơn vị tổng hợp amoniac công suất 300000 tấn/năm sử dụng bơm carbamate (lưu lượng 12 m³/h, áp suất 22 MPa, nhiệt độ 85℃) ban đầu dùng đệm kín nhập khẩu có tuổi thọ trung bình 2000 giờ. Sau khi chuyển sang giải pháp của Huahao Sealing gồm M106K + SSiC + Aflas + đệm kín đôi tandem + chất lỏng ngăn bơm màng vào năm 2020, tuổi thọ trung bình được kéo dài lên 8000 giờ, tiết kiệm khoảng 450000 CNY chi phí phụ tùng trong 3 năm đồng thời loại bỏ nguy cơ rò rỉ NH₃.

Ba yếu tố lựa chọn: pH môi trường xác định vật liệu ngâm tẩm (môi trường kiềm dùng furan), áp suất xác định cấu trúc (áp suất cao dùng đệm kín đôi tandem), dải nhiệt độ xác định đệm phụ trợ (nhiệt độ thấp dùng Aflas/ống bellow).