鍋爐給水泵常見故障分析及處理辦法

王 皓 盧 寧 米佳璐

（吉林石化公司乙二醇廠 吉林吉林）

一、概述

G-920泵是環(huán)氧乙烷裝置反應(yīng)器R-110的鍋爐給水泵，作用是給大汽包補(bǔ)水，帶走反應(yīng)產(chǎn)生的余熱并起著穩(wěn)定反應(yīng)器液位的作用。其正常運(yùn)行與否關(guān)系著裝置生產(chǎn)的穩(wěn)定。近2年來由于機(jī)泵故障導(dǎo)致了多次裝置的波動(dòng)，對G-920泵出現(xiàn)的問題進(jìn)行探討，為維護(hù)和檢修提供方便。

G-920泵屬于DY45-80×8多級離心泵，介質(zhì)為熱鍋爐水，入口壓力0.8 MPa，出口壓力6.5 MPa，入口溫度145℃，出口溫度155℃，揚(yáng)程629 m，流量25 m3/min，轉(zhuǎn)速2950 r/min。

二、原因分析

近2年來G-920出現(xiàn)的故障有3類，①泵出口端壓力不足，導(dǎo)致流量不足。②由于連接處熱膨脹系數(shù)不同而引起的泄漏。③高壓介質(zhì)沖擊腐蝕造成的泄漏。

三、導(dǎo)致出口壓力降低的原因分析

轉(zhuǎn)機(jī)的故障都是隨時(shí)間一點(diǎn)點(diǎn)產(chǎn)生的而不是突然出現(xiàn)的，此圖是近期G-920泵出口壓力表的指示數(shù)值，由圖1可以看出出口壓力隨時(shí)間逐漸遞減，離心泵的工作效率也在降低，最終導(dǎo)致了泵出口壓力不滿足最低的生產(chǎn)要求。

圖1 泵出口壓力

1.造成壓力下降產(chǎn)生的原因

（1）葉輪的密封環(huán)與導(dǎo)葉之間相互摩擦，造成相互之間的間隙逐漸增大并且各級之間的泄漏量也變大，最終導(dǎo)致壓力下降和泵功率下降。

（2）機(jī)泵運(yùn)行過程中軸竄量增加，使葉輪的出口和導(dǎo)葉入口不對中，即中心線的間隙＞±0.05 mm。

（3）高壓端軸承的磨損導(dǎo)致平衡盤和平衡環(huán)之間相互磨損，致使平衡力減小軸向力使機(jī)泵系統(tǒng)內(nèi)部的摩擦力增加，導(dǎo)致泵的軸效率降低這樣也會降低出口壓力。

（4）平衡盤的工作條件發(fā)生改變造成各間隙之間發(fā)生干摩擦。致使間隙距離增大、泄漏量增大，原本用來平衡軸向力的液體流量大大增加之后都通過平衡管返回到了泵的出口端，這樣降低了工作效率致使出口流量大大降低。

2.實(shí)際的現(xiàn)場情況

經(jīng)檢修人員把泵整體拆卸后發(fā)現(xiàn)，泵出口端蓋與平衡套接觸的部分被沖蝕出缺口，末端葉輪處的高壓液體通過缺口大量進(jìn)入到平衡盤后方的平衡室中，再經(jīng)過平衡管返回到泵的入口端使泵的工作效率嚴(yán)重下降。觀看端蓋缺口的形狀不是由于氣蝕而形成的典型效果，所以認(rèn)為端蓋自身在鑄造的時(shí)候有缺陷沒有檢測出來，最后導(dǎo)致高壓液體不斷沖擊端蓋的缺陷部位，致使缺口不斷的被擴(kuò)大越來越多的高壓液體通過它流失再通過平衡管回流，這問題的發(fā)生是個(gè)循序漸進(jìn)的沖刷過程，同樣也解釋了圖中出口壓力為什么會逐漸下降。

3.G-920泵平衡裝置介紹

G-920泵的平衡裝置（圖2）是多級離心泵重要的一部分，它的作用是用來平衡泵軸產(chǎn)生的軸向力，這次故障也是由于平衡狀態(tài)破壞所致。

（1）平衡力的產(chǎn)生。DY45-80×8的平衡裝置為平衡盤與平衡鼓相結(jié)合的平衡裝置。平衡盤與平衡套之間有兩個(gè)徑向間隙b1、b3，平衡盤與平衡環(huán)之間有一個(gè)軸向間隙b3。平衡盤后側(cè)的平衡室的壓力為P4由于有平衡管與泵入口出相連接，P4的壓力約等于泵入口的壓力，當(dāng)泵運(yùn)行的時(shí)候平衡盤會產(chǎn)生P1-P4的平衡力其作用方向與軸向力相反。

（2）軸向力的產(chǎn)生。產(chǎn)生軸向力的主要原因是由于葉輪前后蓋板外表面壓力分布不對稱產(chǎn)生的力，以及受壓面積不同產(chǎn)生的力。軸向力的計(jì)算見式（1）。

圖2 G-920平衡裝置

式中 ΔP——泵出入口壓差ΔP=P7-P6＞0

P7——泵出口壓力

P6——泵入口壓力

ΔS——葉輪兩側(cè)近似于吸入口的截面積

K——修正系數(shù)K=0.6～0.8

n——級數(shù)

例如 P7=6.5 MPa，P6=0.6 MPa，ΔS=π（DW2-Dh2）/4=0.0404 m2，葉輪外徑DW=252 mm，葉輪吸入口直徑Dh=105 mm。計(jì)算出ΔF=5.9×106－0.0404×0.7×8=1.334816×106N。

（3）平衡裝置的工作原理。末級葉輪處的液體壓力為P1，液體經(jīng)過徑向間隙b1后進(jìn)入到平衡室壓力降為P2，然后液體再經(jīng)過軸向間隙b2減壓到P3，最后經(jīng)過梳齒減壓為P4，P5為平衡管入口的壓力比泵入口P6稍微大一些。ΔP1=P1-P2、ΔP2=P2-P3。

當(dāng)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，當(dāng)平衡力大于軸向力時(shí)軸會朝高壓端移動(dòng)，平衡盤會向右側(cè)高壓端移動(dòng)使b2的距離增大，介質(zhì)的泄漏量增大，壓力P2變小ΔP變小，由于作用面積不變使平衡盤的平衡力變小，轉(zhuǎn)子回想泵吸入口的一端移動(dòng)，當(dāng)力減小到預(yù)軸向力相等的一個(gè)數(shù)值時(shí)，就會達(dá)到動(dòng)平衡狀態(tài)。但又由于轉(zhuǎn)子的運(yùn)動(dòng)存在慣性力，在慣性的作用下轉(zhuǎn)子不會停留在動(dòng)平衡位置而是繼續(xù)向左側(cè)移動(dòng)，進(jìn)而又重新破壞了動(dòng)平衡使軸向力大于平衡力，泵軸慢慢就會向高壓端移動(dòng)。如上所述泵在運(yùn)行時(shí)軸不會在某一點(diǎn)一直保持靜止不動(dòng)的旋轉(zhuǎn)，而是通過前后往復(fù)運(yùn)動(dòng)來保證一種動(dòng)平衡狀態(tài)。

（4）輔助軸承。大部分的軸向力是通過平衡裝置來平衡的，但還是有10%～15%的軸向力不能通過平衡盤來平衡，而是需要軸承來分擔(dān)這一部分力。G-920B泵采用的軸承為兩個(gè)并列起來的既能承受徑向載荷又能承受軸向載荷的角接觸推力軸承（標(biāo)號為7309）來承擔(dān)，這對軸承在安裝的過程中需要注意3點(diǎn)，①開始安裝軸承的時(shí)候要保證平衡盤與平衡環(huán)緊緊地靠在一起，然后軸承也要緊靠安裝部位的左側(cè)端，防止泵在運(yùn)行的過程工作條件突然的改變使平衡力突然增大造成平衡盤b2間隙的嚴(yán)重磨損。②兩個(gè)軸承安裝放置時(shí)一定要緊靠在一起，防止在轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)發(fā)生竄動(dòng)，致使軸承燒焦報(bào)廢。③軸承末端要與壓蓋之間保證0.5 mm的竄動(dòng)量，既能保證軸可來回竄動(dòng)，也防止了在平衡室內(nèi)平衡盤末端與室壁之間產(chǎn)生干摩擦。

安裝軸承的另一個(gè)主要目的是延長泵軸的長度，使轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的更加穩(wěn)定并防止在開停離心泵的過程中泵軸發(fā)生偏心運(yùn)動(dòng)，保證機(jī)泵正常運(yùn)行。

4.維修處理的辦法

鑒于是出口端蓋由于質(zhì)量問題并且不屬于經(jīng)常維修備件，通過與廠家協(xié)商得到答復(fù)是半個(gè)月后新端蓋才能到貨，而G-920當(dāng)時(shí)處于單機(jī)運(yùn)行無備機(jī)狀態(tài)中，導(dǎo)致生產(chǎn)存在不確定性。因此工廠最終決定對端蓋進(jìn)行補(bǔ)焊修復(fù)。

由于泵體鑄造時(shí)采用的是ZG230-450H鑄造碳鋼，經(jīng)過討論和查找最終選用J506焊條來進(jìn)行缺口補(bǔ)焊，此焊條屬于堿性焊條，抗沖擊性能強(qiáng)，并能有效的承受惡劣工況下高硬度磨料磨損和高應(yīng)力接觸疲勞磨損，把缺口焊補(bǔ)之后再用機(jī)床加工最終修復(fù)成Φ130 mm的軸孔。檢修完畢的機(jī)泵如今正常運(yùn)行，出口壓力維持在0.64 MPa左右。

四、由于連接處熱膨脹系數(shù)不同而引起的泄漏

1.中間密封體發(fā)生泄漏

2013年1月，G-920B泵中間體的密封面發(fā)生泄漏，分析原因?yàn)橛捎诒皿w和連接螺栓的材料不同，螺栓的熱膨脹系數(shù)大于泵體材料12Cr，導(dǎo)致在加熱（冷卻）的過程中螺栓受熱拉伸的長度大于泵體的膨脹長度，使密封面處存在細(xì)小的間隙，經(jīng)過高壓氣體的不斷沖蝕最終產(chǎn)生圖3中的溝槽。采取的處理辦法是把密封面進(jìn)行車削，并制作了0.5 mm厚的墊片，利用樂泰587密封膠和墊片密封。

同年4月倒機(jī)完畢之后的一段時(shí)間里又出現(xiàn)了一次中間體泄漏，原因是由于墊片和密封膠的熱膨脹系數(shù)與泵體不同，在泵冷卻的過程中墊片與密封膠組成系統(tǒng)冷卻速度快，收縮速度也快致使它們有一部分脫離了密封面產(chǎn)生里間隙，密封系統(tǒng)無法提供足夠量的補(bǔ)償，導(dǎo)致只有0.8 MPa的介質(zhì)從間隙中泄漏。

圖3 中間體泄漏部位

2.盤車問題

2014年1月，操作工在預(yù)熱備機(jī)，做倒泵準(zhǔn)備的過程中，發(fā)現(xiàn)預(yù)熱之后，備機(jī)盤不動(dòng)車，經(jīng)過大約2 h后盤車正常的現(xiàn)象。分析原因可知，預(yù)熱過程過快，由于泵軸和泵體的材料不同，熱膨脹系數(shù)不同。加熱過快時(shí)，軸膨脹的速度快大于泵體的熱膨脹速度，導(dǎo)致軸和泵體發(fā)生接觸盤不動(dòng)車；過一段時(shí)間之后泵體達(dá)到了與軸同樣的溫度，相互之間又產(chǎn)生了足夠大的盤車間隙。如再遇到此現(xiàn)象其解決辦法為退回到初始狀態(tài)重新緩慢預(yù)熱。

3.避免上述原因的產(chǎn)生的方法和建議

（1）G-920倒泵時(shí)的預(yù)熱準(zhǔn)備工作。預(yù)熱之前需要確認(rèn)放空和出入口閥門是否全部關(guān)閉，一個(gè)人緩慢打開出口閥，另一個(gè)人觀察出口壓力，當(dāng)壓力表剛表現(xiàn)出上升的趨勢時(shí)馬上停止打開出口閥門，然后緩慢打開入口閥使機(jī)泵慢慢升溫，速度控制在每小時(shí)20℃左右，預(yù)熱完畢后再全開入口閥門。

（2）在預(yù)熱過程中要經(jīng)常盤車，使泵體和泵軸都能均勻預(yù)熱而且預(yù)熱量不宜過大，防止閥門開度過大導(dǎo)致機(jī)泵倒轉(zhuǎn)。

（3）預(yù)熱速度要求控制在每小時(shí)20℃左右，因控制起來有一定難度，可以考慮給G-920泵增加一條預(yù)熱線，即在泵出口閥前后加一條細(xì)跨線，跨線的壁厚一定要厚，采用成型彎頭。日常預(yù)熱時(shí)使用預(yù)熱線就方便安全一些。

五、高壓介質(zhì)沖擊腐蝕造成的泄漏

1.平衡管發(fā)生泄漏

2013年12月 G-920B泵由于出口壓力低被迫停止運(yùn)行，由于泵出入口閥門都有內(nèi)漏的現(xiàn)象導(dǎo)致泵內(nèi)還存在一定的壓力和蒸汽，在3 h之后發(fā)現(xiàn)平衡管靠近出口端的第一個(gè)彎頭處發(fā)生腐蝕泄漏。

（1）泄漏的原因分析。由于出口端蓋的腐蝕使高壓液體從腐蝕處未經(jīng)過平衡裝置的減壓直接進(jìn)入到了平衡盤末端的平衡室，導(dǎo)致平衡室內(nèi)的壓力和流量都大大增加，高壓液體順著平衡管的入口進(jìn)入泵的入口端，根據(jù)伯努利方程可知在壓力和流速都增大的時(shí)候，能量損失也必然會增加，而且在第一個(gè)彎頭處壓力最高、能量損失的最多，高壓介質(zhì)長期沖刷管壁，導(dǎo)致管壁變薄最終泄漏。

（2）解決辦法。對漏點(diǎn)處進(jìn)行補(bǔ)焊或者更換新的平衡管。

（3）平衡管的工作原理。末級葉輪后腔的高壓液體通過平衡裝置進(jìn)入到平衡室中，為了保證平衡裝置能起到平衡的作用，在平衡室中開一個(gè)平衡孔與泵入口相連接。入口端的壓力稍微低于平衡室中的壓力也就是說平衡室中的壓力等于吸入室中液體壓力與平衡管中阻力損失之和。這樣液體會由于壓力差的作用下從高壓端流向低壓段產(chǎn)生一個(gè)與軸向力相反的平衡力來平衡絕大部分的軸向力。

2.泵出口端蓋連接處發(fā)生泄漏

2013年9月，G-920B泵出口端蓋螺栓發(fā)生泄漏，檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)此處的墊片被蒸汽呲開，原因是平衡環(huán)連接處的泵體被介質(zhì)沖蝕之后，高壓氣體直接進(jìn)入到了平衡室內(nèi)。原設(shè)計(jì)的平衡室為低壓室，所用的墊片為低壓墊片，當(dāng)高壓液體進(jìn)入平衡室后使，墊片承受不了高壓的沖擊，最終導(dǎo)致泄漏。解決辦法是打開端蓋更換墊片。

六、結(jié)論

對G920泵的故障研究，對多級離心泵的結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)識進(jìn)一步加深，彌補(bǔ)了機(jī)泵理論知識上的欠缺。確信設(shè)備故障的發(fā)生都是平日里有根可查、有據(jù)可尋的，要加強(qiáng)日常對裝置設(shè)備的巡檢，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理問題。處理故障時(shí)不要僅僅為處理而處理，要思考故障的緣由，查清本質(zhì)原因，憑借以往設(shè)備的資料和經(jīng)驗(yàn)，找到機(jī)泵損壞的根本原因，搞清楚是工藝介質(zhì)的改變、設(shè)備零部件材料不同，還是屬于設(shè)備到了壽命周期等。