煉油廠減壓塔底泵故障分析與改造

趙美玲

摘 要：本文以某石化公司煉油廠常減壓裝置在運行中，減壓塔減底泵振動故障為例進行分析，對該故障出現(xiàn)的原因以及改造措施進行探討。

關(guān)鍵詞：煉油廠；減底泵；故障分析；改造

概況

某石化公司煉油廠常減壓裝置減壓塔底泵，為雙級雙支承BB2型離心泵，轉(zhuǎn)速2950r/min，功率184kW。共配置兩臺油泵，運行中一臺運行，一臺備用。裝置運行過程中，機泵長期振值超標（見表1）振值處于D區(qū)，多次找正情況仍不理想。該泵在裝置中屬于重要設備，如果長期超振不處理將對裝置的穩(wěn)定、安全運行帶來一定隱患。

1、泵的結(jié)構(gòu)與參數(shù)

雙級雙支承BB2型減底泵，屬于半開式臥式雙級懸臂離心泵，主要包含泵軸、本體、前泵蓋、雙吸葉輪、前托架部件、后泵蓋、后托架部件等構(gòu)成。泵結(jié)構(gòu)為垂直吸入垂直排出，葉輪采用閉式設計，為兩端支承式離心泵，采用水平中心線支承方式對泵殼徑向部分進行安裝，對徑向力利用雙蝸室進行平衡。該泵設計揚程為240m，額定流量設計為245m3/h，汽蝕性能6.2m，泵吸入口壓力設計為-0.0002 MPa。

2、故障原因分析

轉(zhuǎn)動設備中，振動現(xiàn)象比較常見。對于雙級雙支承BB2型離心泵而言，導致振動產(chǎn)生的原因有很多，主要有機泵中心線不對中、泵墊鐵或地腳螺栓松動、泵軸彎曲、軸承間隙過大、轉(zhuǎn)子不平衡、臨界轉(zhuǎn)速、泵內(nèi)構(gòu)件松動、水力不平衡及泵抽空等因素。針對以上原因分析，從制造環(huán)節(jié)中，對該流程泵進行試驗與校對，未發(fā)現(xiàn)裝配、制造及使用中存在不當?shù)膯栴}，并且配置的兩臺泵均出現(xiàn)同樣振值超標的問題。所以，采用排除法，導致針對的原因可能是泵抽空或水力不平衡引起。通過現(xiàn)場實測，實際工藝介質(zhì)運行流量為110m3/h，低于設計流量，存在運行中流量過小的問題，造成水力不平衡。同時，泵在額定流量為140m3/h時，汽蝕性能為5.1m，在溫度影響下，介質(zhì)會產(chǎn)生汽化壓力，汽蝕余量僅為5.3-6.2m，與相關(guān)標準要求不符，在低液位或大流量情況下，裝置的汽蝕性能會進一步下降，表現(xiàn)為隨著流量的增大，設備的振動幅度增加，并且持續(xù)惡化。

2.1故障表現(xiàn)

以減底泵110t/h的處理量進行研究，顯示處于不合格運行狀態(tài)下。通過頻譜分析，顯示與工頻及其它諧頻相比，四倍頻的葉片通過頻率幅值最大。

2.2原因分析

該泵原設計參數(shù)揚程240m，額定流量設計為245m3/h，但是實際運行流量僅為110m3/h。通過頻譜監(jiān)測，在此參數(shù)下，四倍頻葉片通過頻率的振動頻率時，機組振幅最大。在200Hz振幅時，該泵葉輪葉片數(shù)為4片，即4倍頻，這就證實了泵振動的原因是由于泵的水力不平衡引起。按照水泵原理，如果泵的實際運行工況處于設計工況以外范圍，其徑向力不平衡，與設計工況點越大，徑向不平衡力就越大。如果實際運行中流量比設計流量小，類似于擴散管內(nèi)流體動壓力緩慢增大。此外，流入壓水室葉輪出口的絕對速度，實際流量越小，該絕對速度越大，并且方向也發(fā)生改變。壓水室內(nèi)的液流與次液流相遇時，因為方向與速度的不同，會產(chǎn)生撞擊損失。同時在撞擊時，葉輪內(nèi)流出液體的速度降低，動能轉(zhuǎn)換為壓力能，導致壓水室內(nèi)液體壓力增大。在撞擊過程中同時消耗掉一部分動能。在徑向力產(chǎn)生的原因中，葉輪流出液體的動反力對葉輪的作用也是主要原因。因為該泵實際運行中，并不處于設計流量點，所以在葉輪軸上，壓力并不是對稱分布的。所以，壓水室壓力、流出葉輪液體的速度均不對稱，出現(xiàn)壓力小的地方流速大，壓力大的地方流速小的情況，并且方向相反。通常認為徑向力是上述兩個力的合力，所以水力不平衡是導致該泵出現(xiàn)振動的根本原因。對于泵體為雙蝸殼結(jié)構(gòu)的泵來說，其徑向平衡力理論上是可平衡的，但是由于制造過程中存在影響因素，通常不平衡徑向力都會有殘余。通過相關(guān)研究顯示，雙蝸殼結(jié)構(gòu)泵在設計流量的50%左右時，比單蝸殼泵徑向力小2/3至3/4。

3、改造方案與結(jié)果

為了對該泵存在的振動問題進行解決，對葉輪重新設計，葉輪安裝尺寸不變，保證該泵的揚程為240m，額定流量為110m3/h，確保該泵運行時，處于設計范圍內(nèi)，可有效降低徑向力?？紤]到流量減少以后，葉片通過頻率、脫硫減少及葉輪流道的變化等需求，設計改造新葉輪時，應用兩段變曲率的大出口角葉輪，包含五個葉片，通過對新葉輪進行測試，顯示泵的振動幅度大幅下降，完全滿足生產(chǎn)需求，并且在流量為110m3/h時，垂直方向、水平方向泵的振動幅度均大幅降低，符合相關(guān)標準要求。

4、結(jié)論

該泵由于徑向力不平衡導致振動發(fā)生，一般情況下，在揚程較高、轉(zhuǎn)速較低的離心泵中，如果與設計工況偏離過大，運行中就會出現(xiàn)噪聲、振動超標的情況。對此類問題進行解決中，可對泵的型號重新選擇，確保運行參數(shù)匹配；也可以改造葉輪，對振動問題進行解決。本文針對雙支承BB2型減底泵振動問題，通過葉輪改造，有效的解決了振動幅度過大的問題，取得了較好的經(jīng)濟效益。經(jīng)過運行檢測，機泵運行的穩(wěn)定性、可靠性均得到提升，降低了后期維修養(yǎng)護費用，并且在惡劣工作條件下也能較好的運行。

參考文獻：

[1]解喆，王振波，付耀銘.常減壓裝置塔底泵機械密封壓蓋冷卻水系統(tǒng)改造[J].水泵技術(shù)，2011，06（24）：42-43.

[2]劉軍峰.減壓塔底泵機械密封失效分析及預防措施[J].煉油技術(shù)與工程，2013，08（25）：36-37.

[3]莫才頌，張小勤，吳海智.分餾塔底熱油泵機械密封故障分析與解決措施[J]. 壓氣動與密封，2013，02（17）：95-96.

[4]胡敬寧，劉三華，江偉，等.基于CFD的高溫減壓塔底泵次級葉輪優(yōu)化設計[J].排灌機械工程學報，2010，02（27）：127-131.

[5]董欽敏，李越，楊溢.高溫減壓塔底泵水力性能設計探討[J].水泵技術(shù)，2014，04（15）：26-30+35.