含油污水輸送泵不上量故障分析與處理

梁 彬，秦 琪，范志卿

（1.茂名天源石化有限公司，廣東茂名 525011；2.咸陽(yáng)師范學(xué)院，陜西咸陽(yáng) 712000；3.廣東石油化工學(xué)院，廣東茂名 525000）

0 引言

自吸泵具備體積小、噪聲低、運(yùn)行平穩(wěn)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于易漏、易燃、易爆等液體的輸送過程。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，由于其使用狀態(tài)存在氣液兩相，故其泵內(nèi)流動(dòng)狀態(tài)相對(duì)復(fù)雜[1]。某化工企業(yè)丙烷裝置含油污水進(jìn)入含油污水提升池，經(jīng)含油污水提升泵通入平流斜板隔油池流入隔油后污水池中，最后通過含油污水輸送泵輸送到污水處理廠。該含油污水輸送泵為自吸泵，是將含油污水輸送到處理廠的關(guān)鍵機(jī)泵，如圖1所示。

圖1 含油污水輸送泵

丙烷裝置含油污水主要包括污油、懸浮物、殘?jiān)?，通常首先?duì)其進(jìn)行重力沉降處理、壓力沉降處理、沉降除油、水力旋流處理和深度處理等[2]。含油污水輸送泵輸送的流體是經(jīng)過含油污水提升池沉降，經(jīng)含油污水提升泵進(jìn)入平流斜板隔油池去除部分油污后的含油污水，通過該泵輸送至污水處理中心進(jìn)行深度處理。

自吸泵常見的故障主要有不上量或者間歇性上量、機(jī)械密封泄漏、泵振動(dòng)大、有雜音、軸承溫度過高、氣蝕等問題。針對(duì)不上量或間歇性上量的問題，劉凱等[3]對(duì)其進(jìn)行了分析，認(rèn)為是機(jī)泵反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速不夠，入口管線漏氣或堵塞等；鄭云龍[4]在排除了電機(jī)轉(zhuǎn)速不足和氣蝕的可能性后，對(duì)管路特性進(jìn)行了研究，通過分析水泵的性能曲線和管道的特性曲線，分析認(rèn)為管道截面積減小會(huì)影響自吸泵的流量特性，通過現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證得到了證實(shí)；楊林[5]在分析自吸泵流量不足的問題后，發(fā)現(xiàn)是出口閥開度過小并且混有伴熱蒸汽，造成氣蝕問題影響了自吸泵的流量。本文針對(duì)含油污水輸送泵不上量問題，對(duì)泵進(jìn)行了改造，使流量滿足日常生產(chǎn)需要，并且泵的振動(dòng)值和噪聲值達(dá)到規(guī)范要求。

1 故障分析

該含油污水輸送泵為80WFB-F-2 型立式兩級(jí)自吸泵，由一臺(tái)55 kW 的防爆型三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，在使用過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)閥門開度僅達(dá)到20%，其電機(jī)電流就達(dá)到了100 A 的滿量程，泵的振動(dòng)值達(dá)到7.5 mm∕s，噪聲90 dB，然而流量卻達(dá)不到生產(chǎn)要求。對(duì)電機(jī)轉(zhuǎn)速、進(jìn)出口閥進(jìn)行檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，故對(duì)其進(jìn)行拆機(jī)檢查，機(jī)泵主要參數(shù)如表1所示。

表1 含油污水輸送泵參數(shù)

1.1 軸套和軸承磨損情況

對(duì)自吸泵解體檢修后發(fā)現(xiàn)，出口位置支承軸套磨損嚴(yán)重，其表面已經(jīng)有部分金屬脫落，同時(shí)也有膠合的痕跡。與其配合的滑動(dòng)軸承已經(jīng)完全失效，配合面已經(jīng)出現(xiàn)磨損情況，整個(gè)環(huán)向截面出現(xiàn)多條裂紋，在大約120°區(qū)域內(nèi)裂紋較密集，如圖2 所示。推測(cè)流體存在氣液兩相流，同時(shí)葉輪與蝸殼的動(dòng)靜干涉作用造成了自吸泵內(nèi)不穩(wěn)定流動(dòng)，產(chǎn)生了水力激振，對(duì)軸施加了一個(gè)徑向力，引起軸套和滑動(dòng)軸承的磨損、開裂，產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲等問題[6]。

圖2 軸套和滑動(dòng)軸承磨損情況

1.2 進(jìn)出口隔板未焊滿

檢查時(shí)還發(fā)現(xiàn)，一級(jí)進(jìn)口與出口隔離板有2∕3 區(qū)域沒有焊接，且間隙較大，二級(jí)出口隔離板也有4 處位置存在焊接不完整情況，如圖3 所示。當(dāng)隔板出現(xiàn)縫隙，流體在壓力的作用下，從中間隔板縫隙處回流到泵進(jìn)口處，發(fā)生內(nèi)泄漏。當(dāng)一級(jí)葉輪和二級(jí)葉輪處都發(fā)生內(nèi)泄漏，極大增加了泵體內(nèi)的回流量，造成抽真空度不夠、出口壓力不足、電流大的現(xiàn)象[7]。

圖3 隔離板未焊接區(qū)

1.3 隔舌配合間隙過大

對(duì)離心泵口環(huán)間隙進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)一級(jí)葉輪口環(huán)間隙最大，達(dá)到3.3 mm，二級(jí)葉輪間隙也有1.9 mm。通常在離心泵中要控制口環(huán)間隙的尺寸，太小易發(fā)生碰磨，過大將發(fā)生回流造成嚴(yán)重內(nèi)泄漏，該自吸泵口環(huán)間隙明顯過大。再對(duì)隔舌起點(diǎn)和葉輪外徑配合間隙進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)兩者間隙達(dá)到了16 mm，如圖4 所示。2 倍間隙和葉輪直徑的比達(dá)到了13.33%，對(duì)泵的振動(dòng)、噪聲、效率影響非常大，降低了工作效率。

圖4 葉輪外徑和隔舌起點(diǎn)間隙

2 故障分析

該含油污水泵為立式兩級(jí)自吸泵，其主要結(jié)構(gòu)包括排凝口、一級(jí)吸入室、一級(jí)葉輪、一級(jí)排液室、泵軸、二級(jí)排液室、二級(jí)葉輪、出口單向閥、電機(jī)、副葉輪、入口電磁排氣閥、泵入口、灌泵口、二級(jí)吸入室、滑動(dòng)支撐軸承等，如圖5 所示。副葉輪在工作葉輪上部，運(yùn)行時(shí)和工作葉輪一起旋轉(zhuǎn)，其作用是減低泵腔的壓力，平衡軸向力和防止液體進(jìn)入密封裝置。

2.1 雙通道蝸殼

蝸殼也叫螺旋型壓出室，主要目的是將葉輪出來(lái)的流體進(jìn)行收集，然后引向次級(jí)葉輪。流體經(jīng)隔舌進(jìn)行蝸殼，其流道逐漸擴(kuò)大，使流體平緩流出，高效區(qū)寬，可有效降低流動(dòng)損失輸送效率較高，應(yīng)用較廣泛。對(duì)于單蝸殼泵由于其結(jié)構(gòu)不對(duì)稱，使徑向壓力不均勻，使軸承承受較大的沖擊載荷。

考慮到該泵軸承位磨損嚴(yán)重，分析認(rèn)為是軸承處承受了較大沖擊載荷引起的。針對(duì)蝸殼的進(jìn)液方式造成的不平衡徑向力，設(shè)計(jì)了一種雙通道蝸殼結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)主要是在原來(lái)的蝸殼進(jìn)口處對(duì)稱位置增加一個(gè)進(jìn)口，并且從新增進(jìn)口處到蝸殼出口補(bǔ)焊一道隔板，將原來(lái)的一個(gè)流體通道，分割成兩個(gè)通道。這樣通過對(duì)稱布置蝸殼進(jìn)口，使流體流動(dòng)到蝸殼入口處的沖擊反力進(jìn)行平衡，可以有效降低單蝸殼引起的不平衡徑向力，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖6所示。

圖6 雙通道蝸殼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2.2 泵體內(nèi)泄漏

泵體內(nèi)泄漏包括相鄰兩級(jí)壓出室隔板存在間隙，葉輪頂部與隔舌間隙，葉輪口環(huán)和泵殼口環(huán)間隙。隔板存在間隙會(huì)造成從上一級(jí)葉輪流出的液體從間隙回流到次一級(jí)，造成流量損失和功率的損耗，同時(shí)縫隙處回流的液體會(huì)產(chǎn)生泄漏渦，對(duì)葉輪內(nèi)流體的正常流動(dòng)造成干擾，并且沖擊葉輪產(chǎn)生振動(dòng)[8]。因此針對(duì)這個(gè)問題，需要對(duì)隔板存在的縫隙進(jìn)行補(bǔ)焊，防止泵體內(nèi)部發(fā)生內(nèi)泄漏。

根據(jù)楊從新[9]研究可以發(fā)現(xiàn)隔舌和葉輪葉片頂部間隙，隨著間隙變大，泵的效率是降低的，并且當(dāng)2 倍的間隙值占到葉輪直徑5%的時(shí)候，泵的效率下降速率加快。該泵2 倍隔舌間隙與葉輪直徑的比值已經(jīng)達(dá)到13.33%，已經(jīng)嚴(yán)重影響流體輸送的效率，需對(duì)隔舌間隙進(jìn)行減小處理。葉輪口環(huán)和泵體口環(huán)間的間隙對(duì)離心泵揚(yáng)程和效率影響較大，間隙越大，揚(yáng)程和效率下降越多，會(huì)加劇泵體內(nèi)泄漏的發(fā)生，對(duì)于自吸泵的流量有非常大的影響[10]。同時(shí)，隨著內(nèi)泄漏的產(chǎn)生，流體脈動(dòng)也隨之產(chǎn)生，造成泵體振動(dòng)大。

3 故障處理

針對(duì)含油污水輸送泵存在的以上故障內(nèi)容，分析決定通過增加防漩渦板和雙蝸殼改造來(lái)平衡壓力脈動(dòng)，降低徑向力，防止軸套和滑動(dòng)軸承發(fā)生磨損從而降低振動(dòng)值；更換葉輪口環(huán)，降低口環(huán)間隙，減少回流量；對(duì)隔舌起點(diǎn)增加擋板，減少與葉輪外徑與隔舌距離，提高泵的工作效率，降低噪聲；對(duì)兩級(jí)隔板全面補(bǔ)焊避免回流等措施進(jìn)行改造。

3.1 防漩渦板和雙通道蝸殼

針對(duì)軸套和滑動(dòng)軸承的磨損在一級(jí)葉輪進(jìn)口增加了一個(gè)“一”字型的防漩渦板，避免在進(jìn)液口形成漩渦造成抽空，降低徑向激振力。研究證明雙蝸殼泵能有效地平衡徑向力，即使在偏離設(shè)計(jì)工況下徑向力變化也不大。為了進(jìn)一步平衡徑向力，改善流動(dòng)穩(wěn)定性將一級(jí)葉輪壓出室單蝸殼改造成雙通道蝸殼[11]。

圖7 防漩渦板和雙通道蝸殼結(jié)構(gòu)

3.2 配合間隙調(diào)整

為控制自吸泵回流量，對(duì)口環(huán)配合間隙進(jìn)行調(diào)整[12]。該泵一級(jí)葉輪和二級(jí)葉輪規(guī)格一致，葉輪直徑為?240 mm，考慮到輸送流體黏度相對(duì)較大，同時(shí)綜合污油池流體溫度、進(jìn)口條件和膨脹系數(shù)等條件，將一級(jí)葉輪和二級(jí)葉輪口環(huán)間隙均調(diào)整為1 mm[13]。針對(duì)隔舌起點(diǎn)和葉輪外徑的配合間隙，有研究發(fā)現(xiàn)配合間隙既不能太大也不能太小，若間隙太大，會(huì)造成流體內(nèi)泄漏，影響自吸效果、增加損耗；若間隙太小，經(jīng)過氣液分離之后使液體回流阻力變大，造成自吸時(shí)間變長(zhǎng)[14]。因此在隔舌起點(diǎn)處補(bǔ)焊了一塊擋板，將隔舌起點(diǎn)與葉輪外徑間隙由16 mm 降低到了6 mm[15]，增加自吸泵的運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)性，降低振動(dòng)值，詳細(xì)數(shù)據(jù)如表2所示。

圖8 隔舌間隙調(diào)整

表2 配合間隙改造數(shù)據(jù)

3.3 隔板補(bǔ)焊

針對(duì)泵內(nèi)一級(jí)進(jìn)口與出口隔離板存在的未焊滿情況，采用氬弧焊進(jìn)行整周滿焊，對(duì)二級(jí)隔離板存在的縫隙進(jìn)行點(diǎn)焊補(bǔ)償，確保泵內(nèi)不再在隔離板處發(fā)生回流，減小損耗，如圖9所示。

圖9 泵內(nèi)隔離板補(bǔ)焊

4 改造結(jié)果

將含油污水輸送泵內(nèi)各項(xiàng)缺陷改造后，進(jìn)行安裝測(cè)試，發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)都恢復(fù)到了正常值。當(dāng)閥門全開后，電機(jī)電流為70 A，流量也由20 m3∕h 增長(zhǎng)到50 m3∕h，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，并且軸功率也得到了降低，含油污水泵恢復(fù)正常運(yùn)行，詳細(xì)參數(shù)如表3所示。

表3 自吸泵改造前后性能參數(shù)

5 結(jié)束語(yǔ)

含油污水輸送泵是將裝置產(chǎn)生的污水送到處理廠的關(guān)鍵機(jī)泵，該機(jī)泵出現(xiàn)問題將嚴(yán)重影響裝置的正常生產(chǎn)，處理不當(dāng)將造成環(huán)境的污染。通過此次對(duì)該泵的改造，成功地使電動(dòng)機(jī)在不超負(fù)荷的情況下，流量滿足日常生產(chǎn)需要，并且泵的振動(dòng)值和噪聲值均達(dá)到規(guī)范要求。因此無(wú)論是在選型階段還是在故障處理階段都要格外嚴(yán)格，針對(duì)該類問題提出以下建議：（1）根據(jù)實(shí)際運(yùn)行工況，認(rèn)真選型，確保運(yùn)行平穩(wěn)；（2）嚴(yán)格檢驗(yàn)自吸泵制造質(zhì)量，對(duì)相關(guān)參數(shù)提出要求；（3）根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)自吸泵配合間隙嚴(yán)格控制。