屏蔽泵在烷基化裝置中的應用及優(yōu)化運行措施

劉 園 ， 嚴冠豪 ， 鄭明科 ， 郭 云

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012)

0 前言

隨著國家對安全環(huán)保的要求越來越高，屏蔽泵作為一種無泄漏泵，在煉油化工裝置的應用會越來越多。屏蔽泵是離心泵和三相交流電機的結合體，是一種無密封泵。相比普通離心泵，屏蔽泵去除了旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，也不需要添加潤滑液，非常適合輸送易燃、易爆、有毒、有害、易揮發(fā)和貴重的液體。以下結合洛陽石化烷基化裝置屏蔽泵使用狀況，和大家探討及分析優(yōu)化屏蔽泵的運行狀況。

1 屏蔽泵的結構原理及性能特點

1.1 結構原理

屏蔽泵和離心泵的工作原理相似，不同之處在于電機轉(zhuǎn)子和葉輪在一根軸上固定，并使用屏蔽套將電機定子與轉(zhuǎn)子隔開。最大特點是可將泵內(nèi)的介質(zhì)與外界相隔開，泵外部采用靜密封。其中定子和轉(zhuǎn)子屏蔽套經(jīng)密封焊接后，電機鐵芯、繞組不接觸介質(zhì)，例如液態(tài)烴、酸等；而且軸承能夠依靠泵內(nèi)介質(zhì)實現(xiàn)潤滑效果。基本型屏蔽泵的結構簡圖見圖1。

1.2 性能特點

屏蔽泵的優(yōu)點：①無動密封可以實現(xiàn)無泄漏狀態(tài)，可以用來輸送易燃易爆、有毒有害、強腐蝕性液體；②正常負壓狀態(tài)下，不會從外界吸入空氣，滿足真空運行系統(tǒng)；③無需從外界加入潤滑液，在自潤滑體系下，摩擦系數(shù)顯著減小，且不需要冷卻風扇，運行噪音?。虎芙Y構緊湊，體積小。

屏蔽泵缺點：①使用滑動軸承，不適宜輸送固體顆粒多、自潤滑性能差的液體；②相比于普通離心泵效率偏低；③在小流量狀態(tài)下運行，很短時間內(nèi)軸承就會損壞；④軸承在殼體內(nèi)部，難以發(fā)現(xiàn)磨損情況；⑤電機和泵一體在密封容器內(nèi)，轉(zhuǎn)向無法直觀判斷；⑥電機屏蔽套價格貴且受介質(zhì)溫度影響大。

2 洛陽石化烷基化裝置屏蔽泵應用現(xiàn)狀

洛陽石化20萬t/a烷基化裝置共使用安徽合肥新滬廠家16個位號，32臺屏蔽泵，其中輸送液態(tài)烴10臺(P-102A/B、P-204A/B、P-305A/B、P-306A/B和P-307A/B)；輸送酸的有10臺(P-207A/B、P-301A/B、P-308A/B、P-315A/B和P-316A/B)；輸送酸/烴混合物的有2臺(P-203A/B)；輸送堿的有8臺(P-302A/B、P-310A/B、P-317A/B、P-318A/B)；輸送廢油(或廢酸)的有2臺(P-309A/B)。共配有6種不同型式結構的泵，其中SV型18臺(基本型，如P-301等泵)；ST型2臺(如P-307帶副葉輪、外置冷卻器，副葉輪在后端)；SF型2臺(如P-207，帶副葉片、外沖洗、外置冷卻器，副葉輪在前端)；SN型4臺(逆向循環(huán)型屏蔽泵，如P-102等)；SN-M型2臺(多級、臥式，如P-203)；HW-M型4臺 (多級、立式, 如 p-204)。

新滬屏蔽泵運行優(yōu)勢主要有：①帶有軸承監(jiān)測儀表，軸位移檢測及軸承徑向磨損檢測，對滑動軸承及推力盤的故障，能夠第一時間發(fā)現(xiàn)；②帶有電機轉(zhuǎn)向監(jiān)測，能夠直觀反映電機轉(zhuǎn)向。

3 屏蔽泵在裝置運行過程中典型故障

①裝置開工初期，水聯(lián)運單試機泵時輸送液態(tài)烴的5個位號(P-102A/B、P-204A/B、P-305A/B、P-306A/B和P-307A/B)，10臺屏蔽泵由于設計時輸送介質(zhì)相對密度偏小，無法進行試運(用水試電機電流，在小流量時已經(jīng)超過額定)。因為水聯(lián)運無法進行單機試運，留到裝置開工時運行，風險較大。洛陽石化烷基化裝置開工時，出問題最多的也是這幾臺輸送液態(tài)烴屏蔽泵。

②屏蔽泵故障時具有突發(fā)性，難以做到預防。從泵的結構上來看，運行時若前后端滑動軸承及推力盤得不到有效潤滑，將很快損壞。表現(xiàn)在軸位移監(jiān)測顯示值超過報警值，打開殼體檢查發(fā)現(xiàn)軸承碎裂。要求此屏蔽泵開車時需要操作工在現(xiàn)場跟蹤運行狀況，開工初期管道內(nèi)雜質(zhì)太多，也易造成泵前過濾器堵塞，泵抽空。這時需要及時停泵，不然在很短時間內(nèi)屏蔽泵滑動軸承將損壞，甚至造成葉輪、屏蔽套磨損，對維修造成很大不便。

③運行區(qū)間窄。廠家要求此屏蔽泵實際運行區(qū)間為70%～100%的正常流量，而大多數(shù)泵要求的允許工作區(qū)在30%～120%，優(yōu)先工作區(qū)在70%～100%。開工時為達到屏蔽泵的運行區(qū)間，部分設置了最小流量線，就是從出口引一部分介質(zhì)回流至入口，以達到70%以上區(qū)間運行，這就造成了泵效率降低，浪費了部分能量來適應泵的運行。

④維修難度高。例如烷基化裝置P204A開工初期出現(xiàn)電機定子與轉(zhuǎn)子屏蔽套磨損的情況，現(xiàn)場無維修條件及手段，必須返廠進行維修，用時較長。并且裝置開工單泵運行，風險高，B泵若出現(xiàn)問題裝置就必須停工。

⑤新滬屏蔽泵軸位移監(jiān)測故障率高。軸位移監(jiān)測是監(jiān)護泵運行的關鍵儀表，運行過程中烷基化裝置中曾出現(xiàn)4臺次軸位移監(jiān)測故障，其中P305A運行過程中軸位移監(jiān)測數(shù)據(jù)從2.32突變?yōu)?5.42，超過報警值±3.74，但是泵的運行狀態(tài)沒有變化，電流、流量出口壓力都正常，初步懷疑軸位移監(jiān)測的探頭脫落，造成此后果。從其余幾臺故障位拆解來看，軸上探頭安裝過于簡單，采用鍵連接用頂絲固定的模式，振動大極易松脫，引起軸位移監(jiān)測不準，對泵運行狀態(tài)造成誤判。

⑥有3個位號(P102、P203、P207)屏蔽泵設計存在問題，開工前進行了處理，P102在兄弟單位出現(xiàn)軸位移監(jiān)測顯示值由正值到負值往復變化，顯示軸在往復竄動，竄動幅度：-1.8～+3.5 mm。解體發(fā)現(xiàn)泵端推力盤表面呈熱崩狀態(tài)，后端推力軸承磨損裂。初步判斷后蓋板力太大，后來要求廠家復核計算發(fā)現(xiàn)葉輪平衡孔偏小，擴大平衡孔處理。P203滑動軸承以及輔軸承材質(zhì)由SiC改為PEK材質(zhì)，耐磨性能增加。P207增加外沖洗計量泵，軸承材質(zhì)由SiC改為石墨材質(zhì)，保證滑動軸承的潤滑性能。

4 屏蔽泵優(yōu)化運行措施

①啟動前準備工作做好。屏蔽泵運行前必須灌泵、排氣，讓泵內(nèi)充滿液體介質(zhì)和管路排氣后，方可啟泵運行。如果管路和泵內(nèi)部沒有充滿液體時運轉(zhuǎn)，就會加劇軸承磨損。SV型泵灌泵和離心泵基本相同，SN/HW型泵后端逆循環(huán)閥打開，ST高溫分離型泵換熱器需要排氣，對于SF型泵(P207AB)則需要先把外沖洗計量泵開啟后方可運行。這幾種泵都需要通電后啟動泵5 s觀察電機轉(zhuǎn)向指示是否在綠區(qū)，判定正反轉(zhuǎn)后才可正常運行。

②嚴格控制電流、流量參數(shù)。結合屏蔽泵的設計數(shù)值，計算出最低流量值，要求在70%以上流量運行。按照出廠說明書要求，在正常流量30%～110%允許工作區(qū)應該能長周期運行，但實際運行過程中要求在70%～100%優(yōu)先工作區(qū)運行，低于70%運行極易造成軸向力不平衡，滑動軸承和推力盤因未形成有效潤滑膜而出現(xiàn)磨損，表現(xiàn)在軸位移監(jiān)測上就是數(shù)值變化快且范圍大。高于100%運行會造成過電機過電流跳停。啟動屏蔽泵初期，最小流量線應及時調(diào)整，保證在優(yōu)先工作區(qū)運行。

③規(guī)范操作流程。要安排專業(yè)人員對屏蔽泵的運行情況進行監(jiān)控，泵運行初期有必要安排專人監(jiān)護屏蔽泵的運行，一旦發(fā)現(xiàn)屏蔽泵出口壓力變化較大，軸位移變化大或者超過報警值，要及時停泵，避免抽空現(xiàn)象發(fā)生。此外對于SN/HW型泵要檢查逆循環(huán)線溫度，記錄溫度變化情況，若溫度變化明顯，要及時檢查防止堵塞情況發(fā)生，保證泵內(nèi)熱量能夠順利帶走。

④裝置開工初期要經(jīng)常切換備用泵運行，及時清理泵前過濾器，保證入口管線的通暢。正常運行后，比較離心泵切換，屏蔽泵的切換建議頻率小點。由于啟動期間，屏蔽泵要達到正常運行狀態(tài)需要一段時間，這段時間內(nèi)各部件產(chǎn)生的摩擦較大，SiC及石墨滑動軸承較滾動軸承耐沖擊性差。頻繁啟動會縮短屏蔽泵的使用壽命。

⑤屏蔽泵的日常維護相比較離心泵的有所區(qū)別。由于屏蔽泵采用滑動軸承且軸承外有厚厚的外殼包裹，檢測軸承振動值、溫度意義不大。對于屏蔽泵日常需檢查軸位移監(jiān)測表顯示值、軸承徑向磨損顯示、電機內(nèi)部泄漏監(jiān)測、逆循環(huán)線溫度、電機冷卻水運行狀況以及關注出口壓力變化，如果發(fā)現(xiàn)非綠區(qū)或者異常狀況運行應及時停泵檢查。中控室需對屏蔽泵的電流及流量進行監(jiān)控。

5 結語

屏蔽泵在烷基化裝置的應用符合國家安全環(huán)保無泄漏的要求，對于操作人員涉酸泵采用屏蔽泵更安全。但屏蔽泵對于介質(zhì)和操作有較高的要求，在洛陽石化烷基化裝置屏蔽泵的使用有一定可借鑒性。輸送相對密度較大的泵(酸泵)，如果介質(zhì)變化小且入口較穩(wěn)定的情況，屏蔽泵運行工況很好。輸送相對密度小的泵(烴泵)目前看來開工初期故障較多，建議烴泵開工初期采用離心泵，運行正常后切換至屏蔽泵。