磁力離心泵故障原因探析及處理

(河南能源化工集團(tuán)洛陽(yáng)永龍能化有限公司，河南 洛陽(yáng) 471100)

某60萬(wàn)t/a煤制甲醇裝置，精餾單元共安裝有14臺(tái)磁力離心泵，其中加壓塔進(jìn)料泵(10P002A/B)，將預(yù)精餾塔(10C001)底出來(lái)的甲醇加壓后經(jīng)過(guò)10E007換熱，進(jìn)入加壓塔10C002，與塔底物料進(jìn)行換熱后進(jìn)入加壓塔13塊塔盤上。預(yù)精餾塔10C001操作壓力為0.13MPa(g)，塔頂操作溫度約為71℃，塔底操作溫度約為75.6℃。加壓塔10C002操作壓力為0.87MPa(g)，塔頂操作溫度約為131.3℃，塔底操作溫度為136.6℃。流程示意見(jiàn)圖1。

圖1 加壓塔進(jìn)料流程

注：10C001-預(yù)塔；10C002-加壓塔；10C003-常壓塔；10C004-回收塔；10C005-洗滌塔；10P001A/B-預(yù)塔回流泵；10P002A/B-加壓塔進(jìn)料泵；10P003A/B-加壓塔回流泵；10P004A/B-回收塔進(jìn)料泵；10P005A/B-常壓塔回流泵；10P006A/B-回收塔回流泵；10P007A/B-常壓塔塔底廢液泵；10P008-洗滌塔釜液泵；10P011A/B-回收塔塔底廢液泵

該泵主要性能參數(shù)見(jiàn)表1，泵體結(jié)構(gòu)示意見(jiàn)圖2。

表1 加壓塔進(jìn)料泵主要性能參數(shù)

1 磁力泵的優(yōu)缺點(diǎn)

(1)優(yōu)點(diǎn)。①由于傳動(dòng)軸不需穿入泵殼，而是利用磁場(chǎng)透過(guò)空氣隙和隔離套薄壁傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而從根本上消除了軸封的泄漏通道，實(shí)現(xiàn)了完全密封；②傳遞動(dòng)力時(shí)有過(guò)載保護(hù)作用；③除磁性材料與磁路設(shè)計(jì)有較高要求外，其余部分技術(shù)要求不高。

(2)缺點(diǎn)。①磁力泵離心泵的效率比普通離心泵低；②對(duì)防單面泄漏的隔離套的材料及制造要求較高，如材料選擇不當(dāng)或制造質(zhì)量差時(shí)，隔離套會(huì)因經(jīng)不起內(nèi)外磁鋼的摩擦而磨損，造成輸送的介質(zhì)外漏；③磁力泵由于受到材料磁性傳動(dòng)的限制，因此國(guó)內(nèi)一般只用于輸送100℃以下、1.6MPa(g)以下的介質(zhì)；⑷泵與電機(jī)的對(duì)中要求相對(duì)較高，對(duì)中偏差過(guò)大時(shí)，會(huì)導(dǎo)致進(jìn)口處軸承的損壞和防單面泄露隔離套的磨損。

圖2 加壓塔進(jìn)料泵泵體結(jié)構(gòu)示意

在國(guó)內(nèi)之前投產(chǎn)的的幾套50萬(wàn)t/a煤制甲醇裝置中，精餾單元均采用了普通離心泵。普通離心泵經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行后，機(jī)械密封難免會(huì)出現(xiàn)泄漏，即便是采用雙端面機(jī)械密封，在運(yùn)行一段時(shí)間后，機(jī)械密封或多或少也會(huì)出現(xiàn)外漏現(xiàn)象，由于甲醇特別是雜醇硫化氫含量較高，揮發(fā)性比較強(qiáng)，因此對(duì)環(huán)境會(huì)造成一定的污染，對(duì)人體也會(huì)造成很大的危害。隨著環(huán)保要求的越來(lái)越嚴(yán)格，普通離心泵很難滿足環(huán)保要求，泵型的選擇必須符合新的環(huán)保政策。根據(jù)磁力離心泵的特性，傳動(dòng)軸不需穿入泵殼，而是利用磁場(chǎng)透過(guò)空氣隙和隔離套薄壁傳遞轉(zhuǎn)矩，帶動(dòng)內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，從而從根本上消除了軸封的泄漏通道，實(shí)現(xiàn)完全密封，滿足了環(huán)保要求，于是本套60萬(wàn)t/a甲醇裝置精餾單元全部采用了磁力離心泵。

2 加壓塔進(jìn)料泵的修復(fù)

2.1 加壓進(jìn)料泵故障情況

加壓進(jìn)料泵自2013年初投入運(yùn)行以來(lái)，各項(xiàng)參數(shù)良好，運(yùn)行周期正常。但是在泵運(yùn)行2年后，故障率明顯增加，運(yùn)行周期越來(lái)越短，2015年10月，泵甚至出現(xiàn)了檢修后起泵即抱死的現(xiàn)象。由于生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)檢修條件所限，并且不具備上實(shí)驗(yàn)臺(tái)的能力，泵廠家技術(shù)服務(wù)人員建議返廠維修。該公司裝配車間在2015年10月8日聯(lián)合技術(shù)研發(fā)部、質(zhì)量管理部等對(duì)該磁力泵進(jìn)行了拆卸檢查。

2.2 泵拆檢情況

(1)葉輪。葉輪前口環(huán)外徑部位存在較嚴(yán)重的磨損(見(jiàn)圖2)，磨損表面存在環(huán)狀磨損條。因此葉輪前口環(huán)需重新更換新件，葉輪后口環(huán)微量磨損(要求φ215mm)。葉輪的內(nèi)孔由于多次拆裝后存在局部起毛磨損，經(jīng)過(guò)測(cè)量局部尺寸變大，可以利舊。

(2)泵蓋。與葉輪后口環(huán)配套安裝部位設(shè)計(jì)尺寸φ215.7mm(見(jiàn)圖3)，最大磨損部位實(shí)測(cè)φ216.68mm，與葉輪后口環(huán)最大間隙達(dá)到了1.68mm，遠(yuǎn)超設(shè)計(jì)間隙要求的0.7mm。

(3)金屬薄襯套。加熱處理后無(wú)法從泵軸上拆除，經(jīng)加工保軸處理，更換2只新金屬薄襯套。

(4)滑動(dòng)軸承座總成部位。滑動(dòng)軸承、軸套、推力盤零件都存在損壞，只能重新更換新配件。

(5)泵體口環(huán)。泵體口環(huán)存在磨損，需更換新口環(huán)。

圖2 葉輪

圖3 泵蓋

3.3 各部件處理情況

(1)葉輪前口環(huán)更換新件(見(jiàn)圖4)，葉輪上動(dòng)平衡機(jī)進(jìn)行試驗(yàn)。

(2)泵蓋后口環(huán)磨損部位經(jīng)加工、鑲套后，達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)尺寸。(見(jiàn)圖5)

圖4 葉輪更換新口環(huán)

圖5 泵蓋鑲新口環(huán)

(3)整體安裝后測(cè)量安裝間隙，轉(zhuǎn)子軸向測(cè)量值為1.1mm，葉輪與泵蓋節(jié)流面軸向最小間隙測(cè)量值為0.4mm。

(4)第1次試驗(yàn)運(yùn)行2h后，泵經(jīng)解體檢查，發(fā)現(xiàn)葉輪口環(huán)與泵體口環(huán)存在局部摩擦，對(duì)葉輪前口環(huán)間隙進(jìn)行調(diào)整，葉輪口環(huán)尺寸由φ166.7mm加工到φ166.4mm，葉輪平衡孔由原來(lái)的φ15mm加工到φ17mm(見(jiàn)圖6)。

圖6 葉輪平衡孔

(5)在第1次、第2次試驗(yàn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)滑動(dòng)軸承與推力盤存在偏磨現(xiàn)象，最終發(fā)現(xiàn)是由于軸承座內(nèi)孔長(zhǎng)期使用后存在局部磨損變形，導(dǎo)致滑動(dòng)軸承安裝后可造成滑動(dòng)軸承不同心的原因引起。更換新滑動(dòng)軸承座及襯套，更換試驗(yàn)損壞的滑動(dòng)軸承及推力盤。

(6)第3次試驗(yàn)運(yùn)行2h正常，拆卸磁力泵、檢查內(nèi)部零件，無(wú)異常，重新組裝。

3.4 泵檢修后的運(yùn)行情況

泵返回現(xiàn)場(chǎng)后，檢修人員進(jìn)行了安裝，最終泵與電機(jī)對(duì)中數(shù)據(jù)為：徑向跳動(dòng)0.02mm，軸向誤差0.01mm，完全符合技術(shù)要求。工藝人員充分暖泵、排氣后，啟動(dòng)泵，泵運(yùn)行情況良好，泵體振動(dòng)、出口壓力、揚(yáng)程等各項(xiàng)參數(shù)均正常。目前，加壓進(jìn)料泵已連續(xù)運(yùn)行近2年，沒(méi)有再出現(xiàn)以上問(wèn)題，恢復(fù)了正常的運(yùn)行周期。

4 總結(jié)及建議

(1)故障原因分析。由于該磁力泵的葉輪前、后口環(huán)配合部位經(jīng)長(zhǎng)時(shí)間使用后，間隙磨損變大，而且葉輪與泵蓋的安裝節(jié)流面間隙控制異常時(shí)，磁力泵在運(yùn)行后軸向力無(wú)法自動(dòng)平衡，造成零件損壞。

在磁力泵的裝配尺寸要求中，對(duì)葉輪口環(huán)安裝間隙存在要求，特別是葉輪后口環(huán)與泵蓋口環(huán)部位間隙要求嚴(yán)格，設(shè)計(jì)時(shí)該部位總間隙控制在0.7mm左右。若間隙偏大，高壓物料回流引起葉輪背部壓力高，造成軸向力異常，無(wú)法實(shí)現(xiàn)平衡，SIC零件非常容易損壞。

(2)安裝過(guò)程中需確?？诃h(huán)間隙符合要求，特別是葉輪后口環(huán)與泵蓋口環(huán)間隙的控制，建議口環(huán)間隙盡量控制在0.8mm以下，避免口環(huán)間隙大造成軸向力異常，引起磁力泵滑動(dòng)軸承等磨損。因此，葉輪后口環(huán)與泵蓋口環(huán)間隙是所有技術(shù)要求中首先需要保證的。

(3)安裝時(shí)需使葉輪與泵蓋節(jié)流面控制在0.3～0.5mm之間，可通過(guò)增減調(diào)整墊片實(shí)現(xiàn)。若間隙偏大，使用后會(huì)造成軸向力平衡控制異常，引起磁力泵滑動(dòng)軸承等部件的磨損。

(4)使用過(guò)程中需避免發(fā)生氣蝕，因?yàn)榧訅哼M(jìn)料泵必須汽蝕余量只有2m，泵非常容易氣蝕，泵氣蝕后振動(dòng)必然加劇，同時(shí)進(jìn)入泵體內(nèi)的介質(zhì)減少，降低了軸承間的潤(rùn)滑能力，從而加劇葉輪前后口環(huán)、泵體口環(huán)以及泵蓋口環(huán)的磨損。

(5)管路系統(tǒng)、液位控制、工藝參數(shù)等需加強(qiáng)管控，嚴(yán)格按照工藝指標(biāo)進(jìn)行操作。

(6)安裝泵的電流保護(hù)器，能對(duì)發(fā)生氣蝕情況下的電流偏低現(xiàn)象和對(duì)發(fā)生磁力泵損壞過(guò)程的電流升高現(xiàn)象進(jìn)行及時(shí)的監(jiān)控，第一時(shí)間進(jìn)行控制，防止泵聯(lián)鎖損壞。