輸送制冷劑用立式多級(jí)離心泵的安裝與維護(hù)

張 勇

（康泰斯（上海）化學(xué)工程有限公司，上海 201203）

0 引言

在一些液化天然氣工廠中，混合制冷劑輸送泵是不可缺少的設(shè)備。由于該泵的結(jié)構(gòu)和所輸送介質(zhì)的特殊性，制冷劑泵不同程度出現(xiàn)過(guò)機(jī)械密封嚴(yán)重磨損、漏液、泵軸卡死，甚至軸變形及軸被磨損的情況，嚴(yán)重影響裝置的正常運(yùn)行。經(jīng)過(guò)對(duì)多個(gè)工廠的不同型號(hào)制冷劑泵的安裝、調(diào)試、運(yùn)行等階段的調(diào)查、對(duì)比和分析，針對(duì)不同階段制定了相應(yīng)措施，嚴(yán)格安裝調(diào)試階段的精度控制，調(diào)整了運(yùn)行階段的參數(shù)要求，在內(nèi)蒙古某液化天然氣工廠中予以實(shí)施。通過(guò)投產(chǎn)近一年時(shí)間的回訪跟蹤，該工廠的制冷劑輸送泵工作狀態(tài)良好，沒(méi)有出現(xiàn)機(jī)封磨損或泄漏現(xiàn)象。

1 制冷劑輸送泵的結(jié)構(gòu)型式及工藝特點(diǎn)

該類(lèi)泵屬于立式多級(jí)離心泵，輸送介質(zhì)為混合烴類(lèi)為主的液態(tài)制冷劑。由于烴類(lèi)液體易揮發(fā)，所以對(duì)泵的汽蝕余量要求較高。此類(lèi)泵一般將泵體部分安裝在水平面以下，以便于其他關(guān)聯(lián)設(shè)備的布置。為滿(mǎn)足泵較小流量和較大揚(yáng)程的需要，該類(lèi)泵葉輪直徑較小，級(jí)數(shù)多，主軸細(xì)長(zhǎng)。以典型的壓縮機(jī)級(jí)間泵為例，葉輪直徑175 mm，級(jí)數(shù)15級(jí)，軸徑50 mm，軸長(zhǎng)4046 mm，設(shè)計(jì)揚(yáng)程539.5 m，額定流量65.37 m3/h，最小穩(wěn)定流量36 m3/h。該泵采用串聯(lián)式機(jī)械密封，API682中的P13沖洗方案，P72與P76方案相結(jié)合的吹掃、排放方案。

2 安裝過(guò)程中的主要難點(diǎn)和相應(yīng)的處理措施

2.1 基礎(chǔ)準(zhǔn)備

該類(lèi)泵的基礎(chǔ)為井式坑基，混凝土澆注成型，基坑內(nèi)深4500 mm，內(nèi)徑500 mm，地上部分高120 mm，外方內(nèi)圓形基礎(chǔ)，預(yù)留地腳螺栓孔。一般土建施工單位對(duì)該類(lèi)基礎(chǔ)的施工精度要求重視不足，支模和澆筑時(shí)采取的措施不力，致使很多基礎(chǔ)內(nèi)壁垂直度不能滿(mǎn)足安裝要求，安裝時(shí)泵筒容易與基礎(chǔ)相碰，影響安裝精度，進(jìn)而影響泵的穩(wěn)定運(yùn)行。

為保證基礎(chǔ)的施工精度，內(nèi)部模板在地面上嚴(yán)格按圖紙尺寸加工，并可靠固定。在鋼筋籠內(nèi)設(shè)置定位鋼筋，將模板與鋼筋籠固定后一起吊入基礎(chǔ)坑內(nèi)，按要求精確定位、可靠固定。在澆注過(guò)程中和完成后進(jìn)行測(cè)量，保證基礎(chǔ)內(nèi)壁的垂直度和直線度。

2.2 底座板和泵筒找正、找平

底座板的定位精度和水平度直接影響了泵的安裝精度，底座板定位不準(zhǔn)確可能會(huì)導(dǎo)致泵筒與基礎(chǔ)內(nèi)壁相碰，使得找平過(guò)程中產(chǎn)生額外應(yīng)力，影響泵的正常運(yùn)行。因此先將底座板用墊鐵支在基礎(chǔ)上，按圖紙尺寸大致定位后，沿內(nèi)圓用線墜測(cè)量基礎(chǔ)內(nèi)壁不同角度的垂直度，線墜中心到基礎(chǔ)內(nèi)壁的距離最小處不得<20 mm，以保證調(diào)平時(shí)有足夠的余量；底板找正完成后應(yīng)及時(shí)進(jìn)行地腳螺栓的一次灌漿。

一次灌漿層強(qiáng)度達(dá)到要求后，應(yīng)先用正式墊鐵對(duì)底座板進(jìn)行找平，偏差應(yīng)<0.05 mm/m，此時(shí)不能立即進(jìn)行二次灌漿，需要將泵筒安裝在底座板上、堅(jiān)固好螺栓，在泵筒上平面加工面上復(fù)核水平度，并做好記錄，再將泵體安裝就位，按90°間隔緊固4條連接螺栓后，在泵體上方電機(jī)安裝面上再?gòu)?fù)核一次水平度。如果所測(cè)數(shù)據(jù)與泵筒處測(cè)得的數(shù)據(jù)接近且不超出偏差要求，則認(rèn)為水平度滿(mǎn)足要求，否則應(yīng)重新調(diào)整。由于加工原因，3個(gè)平面上測(cè)得的數(shù)據(jù)可能不一致，即坡向相反的情況，此時(shí)應(yīng)綜合考慮，在保持底板少動(dòng)的情況下，使泵筒和泵體偏差的平均值最小。泵的地面部分結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3 泵與電機(jī)找正

臥式泵軸對(duì)中通常是在電機(jī)軸和泵軸的聯(lián)軸器背輪處進(jìn)行的，泵軸和電機(jī)軸都能手動(dòng)盤(pán)車(chē)，且受重力影響，兩軸在徑向不會(huì)產(chǎn)生較大偏移；而此類(lèi)立式泵在聯(lián)軸器安裝前，泵軸和葉輪是支撐在泵體底部環(huán)形座上的，在安裝聯(lián)軸器時(shí)需要按廠家提供的數(shù)據(jù)將泵軸提高一定距離的，因此對(duì)中時(shí)泵軸盤(pán)車(chē)不方便，且機(jī)械密封和最上面一級(jí)口環(huán)對(duì)軸的徑向限制有限，不能使軸始終處于準(zhǔn)確的中心位置，用力盤(pán)車(chē)時(shí)會(huì)時(shí)泵軸產(chǎn)生不確定的中心偏移，從而無(wú)法進(jìn)行正常對(duì)中。如果保持泵軸不動(dòng)，只轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)軸進(jìn)行找正，則不可避免受到背輪加工和安裝精度的影響，所測(cè)偏差并不能反映出實(shí)際的軸偏差值。

圖1 泵的地面部分結(jié)構(gòu)

為解決上述問(wèn)題，將泵側(cè)的找正位置選擇為機(jī)械密封的安裝座內(nèi)壁，將杠桿式百分表固定在電機(jī)背輪上，測(cè)量桿放置在機(jī)械密封座內(nèi)壁，對(duì)電機(jī)進(jìn)行找正。用這種方法找正后，保證了電機(jī)軸與機(jī)械密封座的同心精度，從而也能保證電機(jī)軸與機(jī)械密封的同心度，這樣就完成了兩軸的徑向找正。之后固定電機(jī)、安裝機(jī)械密封，按廠家數(shù)據(jù)提升泵軸，安裝聯(lián)軸器。為了測(cè)量?jī)奢S的軸向偏差，需要在聯(lián)軸器附近的泵體上固定一支普通百分表，分別將測(cè)量桿放置在背輪外表面上和兩軸外露部分的根部，盤(pán)車(chē)測(cè)量各部位的偏移量，其值不應(yīng)>0.05 mm。如果偏差超出要求，則將聯(lián)軸器脫開(kāi)，旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后重新連接，并重新測(cè)量軸向偏差值。此類(lèi)泵出廠前一般做過(guò)預(yù)裝配，通過(guò)調(diào)整聯(lián)軸器的角度一般都能達(dá)到軸向找正的要求，除非特殊需要，不得用在電機(jī)安裝面上加墊片的方法調(diào)整軸向偏差。

2.4 管道、設(shè)備系統(tǒng)清潔度

該類(lèi)泵所在系統(tǒng)的上游管道較復(fù)雜，且有空冷器和緩沖罐，很多設(shè)備和管道死角容易存留雜物，在系統(tǒng)沖洗時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)泵入口過(guò)濾器堵塞的情況。由于烴類(lèi)液體極易汽化，入口過(guò)濾器堵塞后會(huì)很快出現(xiàn)泵體內(nèi)液位下降，機(jī)械密封失液無(wú)法冷卻和潤(rùn)滑狀況，從而導(dǎo)致機(jī)械密封損壞，因此在安裝和吹掃過(guò)程中必須嚴(yán)格檢查設(shè)備和管道系統(tǒng)的清潔度，防止殘留雜物過(guò)多，在試運(yùn)行期間對(duì)泵造成損壞。

3 調(diào)試過(guò)程中的主要技術(shù)措施

3.1 充液與排氣

由于工藝需要，該類(lèi)泵不能以水作為試車(chē)介質(zhì)，一般在裝置試車(chē)階段采用液相冷劑，此時(shí)系統(tǒng)已經(jīng)完成置換與干燥，試車(chē)用冷劑已經(jīng)加入泵入口罐。系統(tǒng)具備條件后打開(kāi)泵入口閥門(mén)，將液體冷劑引入泵桶，打開(kāi)泵體上的排氣閥，將氣相排入罐內(nèi)，數(shù)分鐘后緩慢打開(kāi)密封腔沖洗放空閥，將泵體內(nèi)沒(méi)有排出的氣相全部排出后關(guān)閉放空閥。由于混合制冷劑易汽化，為防止啟動(dòng)泵時(shí)機(jī)封內(nèi)沒(méi)有液體而損壞機(jī)封，每次啟動(dòng)泵前必須進(jìn)行放空操作。

3.2 沖洗方案及參數(shù)調(diào)整

該類(lèi)泵采用API682中的P13和P72/P76相結(jié)合的沖洗、吹掃方案，如圖2所示。

方案P13是從密封腔引出輸送介質(zhì)作為沖洗液，經(jīng)限流孔板后回到泵入口。該方案為既可以對(duì)機(jī)械密封進(jìn)行冷卻，又可以將運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的氣體排出密封腔，帶有放空閥的沖洗管還可以在啟動(dòng)泵前先進(jìn)行排氣操作。沖洗管應(yīng)保持清潔，限流孔板不得堵塞，安裝時(shí)應(yīng)仔細(xì)檢查，運(yùn)行初期應(yīng)定期進(jìn)行檢查清理，限流孔板的通暢是保證機(jī)械密封正常運(yùn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。

P72方案是從外部引入低壓氮?dú)庾鳛榫彌_氣，緩沖氣經(jīng)控制盤(pán)進(jìn)行過(guò)濾、調(diào)壓、限流后，以一定的壓力和流量進(jìn)入二級(jí)密封腔，對(duì)一級(jí)密封泄漏的介質(zhì)進(jìn)行稀釋和吹掃，以減少二級(jí)密封的泄漏。

P76方案是將一級(jí)密封泄漏的介質(zhì)和緩沖氣排出二級(jí)密封腔，控制盤(pán)設(shè)有限流孔板和壓力變送器，以便于出現(xiàn)較大泄漏時(shí)發(fā)出報(bào)警。

由于混合制冷劑多為烴類(lèi)，當(dāng)一級(jí)密封泄漏較多的液體冷劑，不能及時(shí)稀釋和排出二級(jí)密封腔時(shí)，會(huì)產(chǎn)生大量的熱量，導(dǎo)致烴類(lèi)介質(zhì)結(jié)焦，進(jìn)而可能導(dǎo)致密封失效，其他工廠同類(lèi)泵曾出現(xiàn)過(guò)從排氣管口排出黑色黏稠結(jié)焦物的情況。因此，緩沖氣的進(jìn)氣壓力和流量、排氣壓力均應(yīng)嚴(yán)格按廠家說(shuō)明書(shū)給定的指標(biāo)進(jìn)行調(diào)整，進(jìn)氣壓力應(yīng)保持在（0.4～0.7）kg/cm2，排氣壓力（0.1～0.4）kg/cm2，流量（0.2～0.4）m3/h。

圖2 沖洗及緩沖氣系統(tǒng)

4 運(yùn)行過(guò)程中的技術(shù)管理

4.1 泵的最小連續(xù)流量

根據(jù) API（American Petroleum Institute，美國(guó)石油學(xué)會(huì)）標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，離心泵的最小連續(xù)流量分為最小連續(xù)穩(wěn)定流量和最小連續(xù)熱限制流量，最小連續(xù)流量取最小連續(xù)穩(wěn)定流量和最小連續(xù)熱限制流量中的最大值，在泵的選型或使用過(guò)程中，工藝要求的最低流量必須大于泵的最小連續(xù)流量，否則會(huì)造成泵的振動(dòng)、噪聲、汽蝕，從而使泵的零部件遭到破壞。如果泵的最小連續(xù)流量無(wú)法滿(mǎn)足工藝最小流量的要求，可以在泵的管路上安裝旁路回流裝置或回流系統(tǒng)裝置，以確保泵的最小連續(xù)流量。

該類(lèi)工廠的工藝流程中都設(shè)計(jì)有泵的回流管線，回流閥的開(kāi)關(guān)由泵出口的流量自動(dòng)控制，但在實(shí)際操作中，由于下游用量相對(duì)較小，特別是裝置低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，下游流量經(jīng)常小于泵的最小流量，如果將回流線控制閥投入自動(dòng)運(yùn)行，會(huì)使下游的壓力的流量產(chǎn)生波動(dòng)，影響冷箱的溫度調(diào)整，所以操作人員習(xí)慣將回流閥直接全關(guān)，只考慮下游的穩(wěn)定運(yùn)行，而忽視了對(duì)泵的影響。裝置長(zhǎng)期、低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，很容易損壞機(jī)械密封、葉輪、軸等部件。

根據(jù)裝置工藝特點(diǎn)，對(duì)操作參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，修正下游流量控制閥和回流控制閥的PID（Proportion Integration Differentiation，比例積分微分）控制參數(shù)，減小了回流閥動(dòng)作對(duì)下游流量和壓力的影響。操作程序的調(diào)整：在開(kāi)車(chē)階段和低負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，先采用手動(dòng)控制回流量的方式，保證泵的最小流量，當(dāng)裝置穩(wěn)定運(yùn)行后，再投入自動(dòng)控制。對(duì)操作人員進(jìn)行理論和實(shí)踐培訓(xùn)，提高了操作人員對(duì)泵的最小流量重要性的認(rèn)識(shí)，有效保證了此類(lèi)泵的正常運(yùn)行。

4.2 日常巡檢及維護(hù)

泵的日常巡檢應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注機(jī)械密封有否泄漏，軸承溫度，泵體的振動(dòng)情況，緩沖氣的壓力和流量是否正常等。