高溫分離型屏蔽泵故障分析及解決辦法

楊文祥，張 磊，邴海軍

（中國石油蘭州石化分公司，甘肅蘭州 730060）

高溫分離型屏蔽泵故障分析及解決辦法

楊文祥，張 磊，邴海軍

（中國石油蘭州石化分公司，甘肅蘭州 730060）

蘭州石化乙苯裝置高溫分離型屏蔽泵P-202運(yùn)行中故障頻發(fā)，為保證該機(jī)泵能夠平穩(wěn)運(yùn)行，結(jié)合該屏蔽泵運(yùn)行工況對機(jī)泵的徑向力、軸向力進(jìn)行分析，找出故障產(chǎn)生的原因，通過調(diào)整運(yùn)行工況、采取改進(jìn)措施，最終達(dá)到平穩(wěn)運(yùn)行的目的。

徑向力；軸向力；磨擦；氣蝕；平衡

1 P-202基本情況

1.1 輸送介質(zhì)理化參數(shù)

（1）苯：密度0.876 5（20℃）g/cm3，沸點(diǎn)80.1℃，在常溫下為一種無色、有甜味的透明液體，可燃，毒性較高，難溶于水，易溶于有機(jī)溶劑。

（2）乙苯：密度0.87（20℃）g/cm3，沸點(diǎn)136.2℃，在常溫下為一種無色、有芳香氣味液體，易燃、有毒、不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多數(shù)有機(jī)溶劑。

1.2 屏蔽泵P-202在裝置中的作用

（1）開工中建立冷苯循環(huán)（系統(tǒng)升溫、升壓過程）。

（2）生產(chǎn)中進(jìn)行熱苯循環(huán)（溫度、壓力穩(wěn)定）。

1.3 屏蔽泵P-202故障統(tǒng)計(jì)

苯塔進(jìn)料泵P-202在裝置熱苯循環(huán)時(shí)，工況穩(wěn)定，運(yùn)行平穩(wěn)；工況大幅波動(dòng)，極易損壞。裝置開工冷苯循環(huán)過程，由于運(yùn)行工況偏離設(shè)計(jì)運(yùn)行工況，該機(jī)泵無法正常運(yùn)行。

1.4 機(jī)泵拆檢情況

（1）前端軸承、軸套、推力盤磨損，推力盤龜裂。

（2）葉輪后蓋板因氣蝕引起金屬表面的剝蝕，其他部位完好。

2 故障分析

2.1 軸向力分析

（1）蓋板力A1

（2）反動(dòng)力A2

（3）輔葉輪蓋板力A3

若不考慮密封環(huán)平衡力則轉(zhuǎn)子承受的合力F1=A1+A2+A3。

（4）軸向力平衡

式中：ζm—密封間隙摩擦阻力系數(shù)；Fm—密封間隙過流面積，m2；Rh—葉輪輪轂半徑，m；Rm—葉輪后密封環(huán)半徑，m；

若F1=F2，則轉(zhuǎn)子體軸向力完全平衡。如果F1與F2相差不大，則軸向力平衡設(shè)計(jì)可以認(rèn)可。

因?yàn)镻-202能夠在正常生產(chǎn)工況下平穩(wěn)運(yùn)行，得出以下結(jié)論：

a.P-202廠家進(jìn)行轉(zhuǎn)子體軸向力設(shè)計(jì)時(shí)，軸向力的確達(dá)到了平衡，出廠試驗(yàn)時(shí)機(jī)泵運(yùn)行也不存在任何問題。

因?yàn)镻-202在開工工況下，若產(chǎn)生軸向力失衡其方向指向葉輪背面，導(dǎo)致后端軸承、推力盤磨損，這與機(jī)泵磨損情況相矛盾。

b.開工工況對轉(zhuǎn)子軸向力平衡影響甚微，機(jī)泵軸向力失衡，并不是產(chǎn)生問題的最根本原因。

2.2 徑向力分析

（1）徑向力計(jì)算按徑向力經(jīng)驗(yàn)公式

式中：Q0——設(shè)計(jì)流量，68.9m3/h

Q——實(shí)際工作流量，37m3/h

H——泵的揚(yáng)程，189m

B2——葉輪出口總寬度，15mm

D2——葉輪外徑，0.38m

γ——液體重度，0.877g/cm3

計(jì)算得徑向力Fr=2 420.399N

（2）計(jì)算石墨軸承摩擦產(chǎn)生的熱量

對于滑動(dòng)軸承，一般u=0.01～0.02。我們?nèi)∽钚≈祏=0.01。摩擦力做功：

1秒轉(zhuǎn)的角度θ=ω×1=2πn=303.687rad；

則1秒摩擦力做功：W=3 307.7J

（3）計(jì)算摩擦力做功對介質(zhì)的影響

不銹鋼軸套的比熱容c=500J/kg℃

則1秒摩擦力做功，導(dǎo)致軸套升高溫度：

開工過程，P-202入口壓力0.2MPa，溫度60℃，軸套達(dá)到120℃使介質(zhì)汽化需要時(shí)間

2.3 故障分析結(jié)論

（1）苯塔進(jìn)料泵P-202在入口壓力過低時(shí)，由于軸承、軸套摩擦生熱造成介質(zhì)內(nèi)輕組分汽化，汽化破壞潤滑油膜加劇了軸承、軸套的摩擦。

（2）介質(zhì)汽化出現(xiàn)氣蝕，葉輪平衡孔處介質(zhì)流動(dòng)紊亂，從而產(chǎn)生指向吸入口方向的軸向力過大的問題。

3 解決方案

根據(jù)P-202的故障分析結(jié)論，車間采取了一系列改進(jìn)措施，具體如下：

1）開工過程中首先使用N2將系統(tǒng)沖壓至0.48MPa，確保P-202軸套處介質(zhì)無法氣化，從而保證機(jī)泵軸向力的平衡及徑向力產(chǎn)生的熱量及時(shí)帶出。

2）開工過程為P-202泵體內(nèi)充注二乙苯，減少泵體內(nèi)輕組分含量。

3）生產(chǎn)中嚴(yán)格控制工藝指標(biāo)。

4）平穩(wěn)操作，機(jī)泵入口過濾器定期清理避免堵塞。

4 實(shí)施效果

通過以上解決方案的實(shí)施及加強(qiáng)屏蔽泵的日常管理，P-202在運(yùn)行過程中經(jīng)歷兩次開工過程均未出現(xiàn)損壞，保證了裝置的順利開工，為裝置的安全平穩(wěn)生產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

［1］ 余良儉.超低比轉(zhuǎn)速屏蔽泵軸承失效分析及力的平衡研究［J］.石油化工設(shè)備技術(shù)，2007，28，（5）：31-35.

Fault Analysis and Solving Method of High Temperature Separated Shield Pump

Yang Wen-xiang，Zhang Lei，Bing Hai-jun

In order to ensure the smooth operation of the pump，the P-202 of the high temperature separated shielded pump of the ethylbenzene plant of Lanzhou Petrochemical Company is running frequently.The radial force and axial force of the pump are analyzed in combination with the operating condition of the pump.，To identify the causes of failure，by adjusting the operating conditions，to take improvement measures，and ultimately achieve the purpose of smooth operation.

radial force；axial force；friction；cavitation；balance

TH38

B

1003-6490（2016）07-0092-02

2016-07-06

楊文祥（1982—），男，河北滄州人，助理工程師，主要從事煉化設(shè)備管理工作。