進料泵軸位移升高的原因分析及處理措施

張 冕

(中國石化上海石油化工股份有限公司煉油部，上海 200540)

某公司渣油加氫裝置反應進料泵以各常減壓裝置的減壓渣油、常壓渣油、減壓洗滌油、減壓重蠟油以及來自焦化裝置的焦化蠟油為原料，進料泵位于3 900 kt/a的渣油加氫裝置，在高溫、高壓、氫氣以及催化劑的作用下脫除原料中的硫、氮、殘?zhí)亢徒饘俚入s質(zhì)，生產(chǎn)重油催化裂化原料，同時副產(chǎn)柴油餾分和混合石腦油。裝置分A、B兩個系列，年開工時間為8 400 h，裝置設計水力學彈性為雙系列部分的進料為總加工量的60%～110%，單系列部分進料量為總加工量的50%～110%[1]。

渣油加氫兩個系列反應進料泵共用一臺備泵，為二開一備，在運行過程中發(fā)現(xiàn)軸位移逐漸增大，超過報警值，停機檢查并更換節(jié)流襯套后，軸位移并未下降。文章通過對泵結(jié)構(gòu)和軸向力的分析，對泵軸位移上升的原因進行了討論，確認了中間殼體的密封圈可能存在內(nèi)漏，將泵解體大修后確認了中間殼體存在沖刷，且兩個彈性密封圈均已損壞，更換了相關(guān)磨損、損壞備件后，泵投用運行正常。

1 反應進料泵基本參數(shù)

發(fā)生故障的反應進料泵的液體透平生產(chǎn)廠家為德國蘇爾壽公司，于2012年11月投用，型號為GSG150-360/6+6，電機廠家為SIEMENS公司，具體操作參數(shù)見表1[2]。

表1 反應進料泵參數(shù)

2 設備故障及處理過程

2.1 設備故障經(jīng)過

渣油加氫反應進料泵P-1802在運行時，發(fā)現(xiàn)軸位移偏大，超過報警值，達到0.33 mm(報警值為0.32 mm，聯(lián)鎖值為0.36 mm)。經(jīng)分析判斷，平衡管壓力為0.7～0.8 MPa(正常為0.5～0.6 MPa)，可能是大蓋節(jié)流襯套磨損、間隙偏大所至。因此決定停泵檢修，檢查推力軸承、支撐軸承、節(jié)流襯套和軸套，發(fā)現(xiàn)節(jié)流襯套和軸套有一定磨損，進行了更換。本次檢修測得的軸向總竄動量為0.33 mm，軸瓦間隙0.14 mm，均為正常。

檢修結(jié)束泵投用后，軸位移仍在0.35 mm以上。在檢修中所測得的軸向總竄動量為0.33 mm，因為軸位移探頭為45°安裝，計算得出對應的軸位移顯示最大應為0.24 mm。即儀表顯示值超過了轉(zhuǎn)子總竄量，懷疑軸位移探頭存在問題，經(jīng)討論對聯(lián)鎖暫時予以解除，維持運行。

經(jīng)過3個月的運行，再次停車對原料泵軸承進行了檢查，并更換了軸位移探頭。推力軸瓦的表面、瓦塊厚度完好，軸向總竄動量也沒有變化。泵開啟后，隨著裝置負荷的上升，軸位移依然保持在高位。

原料泵運行1個月以后，對P-1802非驅(qū)動端軸承進行了第三次檢查，推力軸瓦的表面、瓦塊厚度完好，軸位移探頭的檢測也符合線性。經(jīng)分析，可能是泵軸向力的增大，導致推力盤、推力瓦的支撐發(fā)生了彈性變形。為保護設備安全運行，決定將轉(zhuǎn)子軸向零位位置向副推力瓦靠近0.14 mm后，投用軸位移聯(lián)鎖。

原料泵再次投用以后，軸位移在調(diào)整后的基礎上仍然持續(xù)上升，達到0.33 mm。此時軸的總竄動量應該為0.32×1.414+0.14=0.59 mm，主推力瓦塊的背后支撐的變形量則為0.59-0.35=0.24 mm。說明泵內(nèi)零部件沖刷、磨損仍在加劇，內(nèi)部泄漏日益嚴重。

最終因軸位移持續(xù)上升，決定將該反應進料泵停止運行，切至備泵運行。

2.2 設備故障處理過程

2.2.1 第一、二次軸位移檢查

第一次針對軸位移問題停泵檢修，檢查推力軸承、支撐軸承，軸向總竄動量為0.33 mm，軸瓦間隙0.14 mm，均正常，更換了節(jié)流襯套、軸套、機械密封；再次對軸承進行了檢查，并更換了軸位移探頭，軸向總竄動量、軸位移顯示值均和第一次一致。

2.2.2 第三次軸位移檢查

第三次停泵檢查，進行了以下測量：

(1)制作軸向竄動量測量工裝，測得總竄量為0.35 mm，對應分散控制系統(tǒng)(DCS)顯示0.25 mm。

(2)調(diào)試儀表，確認軸位移為正值是轉(zhuǎn)子向入口端即電機側(cè)移動的方向，也是主推力的方向。

(3)確認主推力瓦塊的背后支撐存在彈性。主推力軸承、軸承箱安裝后，轉(zhuǎn)子貼近主推力瓦，向電機側(cè)拉動轉(zhuǎn)子，現(xiàn)場聯(lián)軸器側(cè)、非驅(qū)動端打表分別移動了0.11 mm和0.06 mm。松開工裝后，兩端打表均回零。

(4)排除儀表測量誤差。檢查推力盤固定軸套斜面(即軸位移探頭測量面)的跳動約為0.02 mm，徑向跳動0.03 mm，對軸位移應沒有明顯的影響。

(5)檢查聯(lián)軸器開檔距離，存在偏大的問題，增加了1.4 mm的墊片。

因此可以判斷，泵在工作狀態(tài)下，有很大的軸向力，使轉(zhuǎn)子向電機側(cè)(主推力方向)移動，而主推力瓦塊的背后支撐是存在一定彈性的，因此泵運行時顯示的軸位移值換算成轉(zhuǎn)子軸向竄動量后，會大于停泵時實測的軸向總竄動。

2.2.3 第四次停泵解體大修

對泵整體拆除，進行泵芯拆卸、解體、清洗，檢查情況如下：

(1)級間段(出入口中間殼體)外部和筒體配合處的密封面都有沖蝕痕跡，密封圈內(nèi)部彈簧有部分破損情況；

(2)密封圈彈簧缺損約2/3，導致級間段內(nèi)孔和中段殼體配合面嚴重沖蝕；

(3)口環(huán)配合間隙都已經(jīng)超標，殼體大口環(huán)不需要更換，但是葉輪口環(huán)需要更換；

(4)級間襯套、葉輪輪轂口環(huán)表面磨損嚴重；

(5)節(jié)流軸套外表面有一圈劃痕；

(6)中間軸套外表面拉痕嚴重，中間襯套內(nèi)孔劃痕嚴重；

(7)軸上自由端頭上有舊拉痕，聯(lián)軸器鎖緊圓螺母孔有舊痕跡。軸同心度為0.05 mm,標準為0.03 mm。

解體過程中發(fā)現(xiàn)葉輪口環(huán)間隙(實際0.6～0.72 mm，要求0.5 mm)、級間口環(huán)間隙(實際0.87～1.38 mm，要求為0.5 mm)、大蓋節(jié)流襯套與軸套間隙(實際為0.62 mm，要求為0.38 mm)、段間減壓襯套與軸套間隙套與軸套間隙(實際為0.71 mm，要求為0.38 mm)，均有一定超標。

在檢修過程中更換了中間殼體、中間襯套、葉輪口環(huán)、喉部襯套及各軸套、密封圈、機封等備件后復位。反應進料泵P-1802投用后，運行正常，軸位移穩(wěn)定在0.18 mm左右。

3 軸位移偏高故障機理分析

3.1 中間殼體、中間襯套、彈性密封圈損壞情況

泵結(jié)構(gòu)如圖1所示，金屬彈性密封圈1、2是非常關(guān)鍵的，彈性密封圈密封了一段出口與泵出口的壓差，達到10.0 MPa左右。其截面為C型，開口朝高壓側(cè)，即圖中的右向。C中彈簧的彈性和介質(zhì)的壓力使C的左側(cè)、上側(cè)、下側(cè)與零部件的表面緊密接觸，產(chǎn)生密封的效果。

圖1 反應進料泵結(jié)構(gòu)

零部件解體、清洗后，發(fā)現(xiàn)彈性密封圈2損壞非常嚴重，有2/3被沖刷后不見了，剩下的1/3也處于碎裂狀態(tài)。與彈性密封圈2相配合的中間殼體的兩個內(nèi)圓和端面沖刷嚴重，11～12級間殼體的兩個外圓、端面沖刷嚴重。與彈性密封圈2相配合的中間殼體的外圓、端面和筒體內(nèi)表面也有沖刷痕跡。彈性密封圈1也存在磨損，即將發(fā)生斷裂。

3.2 軸向力、軸位移增大的原因

該泵有6+6個葉輪，分兩段，背靠背布置。該泵沒有平衡鼓套，運行中產(chǎn)生的總的軸向力全部由推力軸承承受，因此總的軸向力應該不會太大。由此可以判斷，兩段的揚程差不多，軸向力大小也差不多，但是方向相反。1段軸向力向驅(qū)動端，2段向軸向力向非驅(qū)動端。

但是隨著零部件的磨損，使得2段出口即泵出口向1段出口的回流增加，流量下降的同時，1段出口壓力和2段入口壓力得以提高。1段出口壓力的升高使得1段的軸向力增加；2段入口壓力的升高使得2段軸向力減小。總的軸向力呈雙倍增加，比如，1段的軸向力增加1 t，2段軸向力減小1 t，總的軸向力就會增加2 t。

所以中間殼體與筒體、級間襯套與軸套的磨損、內(nèi)漏，會很快導致軸向力的上升，而升高的軸向力施加到主推力瓦塊上，瓦塊由于具有彈性的支撐發(fā)生彈性變形，導致軸位移不斷升高，甚至超過轉(zhuǎn)子軸向總竄量。

3.3 導致中間殼體、密封圈磨損的因素

由于反應進料泵的操作溫度為255 ℃，轉(zhuǎn)子、殼體在冷熱兩種狀態(tài)下的配合間隙會產(chǎn)生變化，因此需要采用兩個彈性密封圈來保證中間殼體、級間襯套在位置變化時的密封性。同時在泵運行時根據(jù)工況的變化，兩個彈性密封圈也是在不斷移動的，每次泵的啟停、流量的調(diào)整都會對兩個彈性密封圈的壽命產(chǎn)生影響。

不適當?shù)臋z修方式也會對密封圈產(chǎn)生不利影響。該型號多級泵解體大修的正確方式是將泵垂直放置，再拆卸大蓋、吊出轉(zhuǎn)子等。在泵的第一次檢查中，因為發(fā)現(xiàn)平衡管壓力升高，懷疑節(jié)流襯套和軸套發(fā)生磨損，因此在沒有將泵拆出、處于水平安裝位置的情況下，打開非驅(qū)動端大蓋，更換了節(jié)流襯套、軸套。當泵處于水平狀態(tài)下打開大蓋時，泵芯就會失去非驅(qū)動端一側(cè)的支撐，導致垂直方向發(fā)生移動，這樣就會使得彈性密封圈受力不均勻，從而加劇磨損。

當彈性密封圈的磨損達到一定程度后，介質(zhì)從磨損處泄漏，進而導致中間襯套密封面等處的沖刷。

4 相同工況的泵的檢查情況

鑒于渣油加氫裝置B系列反應進料泵的解體發(fā)現(xiàn)中間襯套、級間襯套等多處發(fā)生沖刷磨損，彈性密封圈發(fā)生斷裂，在渣油加氫A系列停工檢修時，對反應進料泵P-1102A也進行了解體檢查，檢查情況如下：

(1)軸自由端有敲擊痕跡；

(2)葉輪小口環(huán)磨損嚴重，1和10級葉輪大口環(huán)磨損大，間隙超標；

(3)節(jié)流軸套外圓和節(jié)流襯套內(nèi)孔磨損很嚴重；

(4)中間軸套外圓和中間襯套內(nèi)孔有幾道劃痕和磨損痕跡；

(5)軸瓦和推力瓦未見嚴重磨損。

相比B系列的反應進料泵，A系列的泵因為彈性密封圈尚未失效，所以中間襯套等處的磨損不是很嚴重，而節(jié)流襯套、節(jié)流軸套的磨損已經(jīng)十分嚴重。當節(jié)流襯套、節(jié)流軸套繼續(xù)磨損，平衡管壓力也上升較多時，若仍采用不拆出泵、水平打開大蓋進行更換的方式，同樣存在彈性密封圈磨損加劇、最終導致中間殼體密封面磨損內(nèi)漏的故障。

5 結(jié)論

(1)泵的流量偏低與軸位移偏大不是孤立的問題，二者都是由于泵內(nèi)部零部件的沖刷、磨損，造成內(nèi)回流加大引起的。

(2)泵的內(nèi)部回流增大，既引起泵流量下降，又引起段間壓力上升，破壞了軸向力的平衡，使得推力軸承承受了很大的軸向力，軸位移偏大。

(3)泵的內(nèi)部回流是由C型密封圈損壞、減壓襯套磨損造成的，而C型密封圈的損傷是由于檢修時未將泵體直立，引起C型密封圈發(fā)生變形。