康少華，亓仁東，梅 軍，李普芳

（中國石油廣西石化分公司，廣西 欽州 535008）

中國石油廣西石化公司250萬t·a-1石腦油加氫裝置，反應產物空冷后注水泵190-P102A/B為某泵業(yè)有限公司生產的3WCR-30-65M3型高壓往復泵，額定功率30kW，額定流量14.7t·h-1,最高出口工作壓力4.851MPa，減速比4.5，用于輸送49℃除鹽水注入空冷器前。

1 問題及分析

在單機試車階段，注水罐加新鮮水（溫度t=25℃），泵出口加臨時管線，與注水罐形成閉路（如圖1）。經(jīng)4h的試運，期間增補新鮮水置換，保持入口溫度30℃左右，泵正常運行，未見異常情況。投產階段，為防止加氫反應生成的銨鹽在低溫下結晶堵塞反應產物空冷器管束，在反應產物空冷器前注入除鹽水以洗去銨鹽。啟運注水泵A，緩慢關小泵出口返回線，提高泵出口壓力至2.0MPa。每隔15min升高1MPa直至壓力升至4.8MPa，在2.0MPa往4.8MPa升壓過程中泵體出現(xiàn)水擊聲并伴隨出口管線強烈震動，出口壓力表劇烈震動。切換至B泵運行，泵體同樣出現(xiàn)水擊聲，但出口管線震動稍微變弱，出口壓力表也同樣存在震動。出現(xiàn)此類情況，可能由以下幾個方面引起：

（1）壓力表根部閥開度過大。調整壓力表根部閥開度，壓力表擺動稍微變小。但未能消除泵體水擊聲及出口管線震動。

（2）泵吸排氣閥泄露或吸排氣閥損壞。拆開泵體檢查吸排氣閥完好，且閥彈簧完好，未見斷裂。

圖1 現(xiàn)場管線布置圖

（3）入口濾網(wǎng)堵，介質不干凈。拆開入口濾網(wǎng)，未發(fā)現(xiàn)明顯顆粒。系統(tǒng)供的除鹽水是經(jīng)過10 超濾膜過濾后進行管網(wǎng)系統(tǒng)，除了極少管線本身殘存的顆粒外，介質是干凈的。

（4）管線存在懸空部位。懸空部位加橡膠墊，地面支撐加膨脹螺栓固定。泵重新運行后，管線震動明顯好轉。但是，泵內一旦出現(xiàn)水擊聲，出口管線就會劇烈震動。

（5）泵內存在氣體。泵體及出口管線做排氣操作完畢后才啟運泵。但泵運行后，依然沒有消除泵體的水擊聲及出口管線劇烈震動的情況。

（6）泵出口緩沖罐氣囊充壓過高或過低。利用緩沖罐廠家提供的專用工具對氣囊進行壓力校驗，氣囊充氣壓力維持在出口壓力的70%（要求60%~90%），完全符合要求。

（7）泵入口壓頭偏低。

如圖1所示，注水罐的高度1755mm,各段管線的長度如圖注，注水量為12t·h-1。其中管件、閥門包括90°彎頭，三通，閘閥，P102A與P102B為一開一備，注水量為13t·h-1，計算P102B計算入口壓力。

在1、2界面處應用伯努利方程：

Z2=0； ∑hf可分為 A-B；B-C 兩段。

主要管件、閥門包括1個90°彎頭、一個直角彎頭、一個全開閘閥。查表得40℃水的密度ρ=992.2kg·m-3；粘度μ=65.6×10-5pa·s，

取管道的絕對粗糙度ε=0.3mm, 則相對粗糙度ε/d1=0.003； ε/d2=0.00375，查摩擦系數(shù)與Re及相對粗糙度關系圖，得：λ1=0.028；λ2=0.028。管件、閥門當量長度∑lei=90°彎頭當量長度+標準三通當量長度+全開閘閥當量長度=3m+6m+0.7m。

經(jīng)由廠家核實，泵入口壓力要求不低于80kPa，因此在此工況下泵入口存在氣蝕情況，造成出口管線震動，影響長周期平穩(wěn)運行。

根據(jù)現(xiàn)場條件將泵入口罐加盲板隔離，直接引系統(tǒng)除鹽水。啟運泵后，經(jīng)測量入口壓力 >200kPa，但泵體仍有水擊聲。雖然出口管線震動情況有所減緩，但還需查找根本原因。

（8）閥瓣與閥座間隙小，存在摩擦。再次解體泵后，檢查閥瓣與閥座情況發(fā)現(xiàn)，閥瓣與閥座間有不明顯的摩擦痕跡。

圖2 吸入口和排出口的閥瓣與閥座示意圖

如圖2所示，4、6的閥座內徑d1=d2=50.000mm，外 徑 D1=D2=95.000mm，3、5的 閥 瓣 外 徑（下 部）d3=d4=49.970mm，常溫t1=25℃，閥座處溫度t2≈50℃，經(jīng)查表得，高鉻鋼0℃與20℃時平均線性膨脹系數(shù)α0= 9.29×10-6mm·(mm· ℃ )-1；50℃ 與 20℃ 時 線 性膨脹系數(shù)α50= 9.59×10-6mm·(mm·℃)-1，所以高鉻鋼在t1=25℃的線性膨脹系數(shù)α25=（9.59-9.29）/50×25+9.29=9.44×10-6mm·(mm· ℃ )-1，則閥座及閥瓣在25℃時總膨脹量為：δ1=α25×D1×Δt1=9.44×10-6×95×5=0.0045mm，則閥座及閥瓣在50℃時總膨脹量δ2=α50×D1×Δt2=9.59×10-6×95×30= 0.0273mm，所以 Δδ=δ2-δ1≈0.023mm。

廠家提供的閥瓣與閥座工作環(huán)境是按常溫25℃考慮，其間隙較小。間隙Δd=d1-d3=d2-d4=50.000mm-49.970mm=0.030mm。

閥座與泵缸間隙可以忽略，可以考慮閥瓣與閥座向內間隙膨脹。則有 Δδ≈Δd，泵閥座與閥瓣在高速運行存在摩擦，閥瓣未能及時開啟或關閉，從而造成泵體產生水擊聲，進而造成泵出口管線劇烈震動。

3 解決措施

根據(jù)以上原因分析及相關計算結果，需要采取以下解決措施：

（1）出口管線支撐部位加膨脹螺栓緊固，防止管線振動。

（2）將閥座與泵缸間隙調大，可根本解決泵體產生水擊聲問題。咨詢原廠家后，只要間隙Δd≯0.6mm就能滿足設計要求。綜合考慮，將閥座內徑擴大至50.300mm，則有Δd =50.330mm。閥座改造后，回裝完畢，重新投運機泵，泵體沒有再發(fā)生水擊聲。

（3）根據(jù)計算結果顯示，泵入口壓力低，存在氣蝕情況。采用泵入口罐盲板，直接引用系統(tǒng)0.4MPa左右的除鹽水?？梢员苊獗萌肟趬侯^過低，引起氣蝕，造成設備損壞。

4 結論

經(jīng)過以上的原因分析及處理，不僅從根本上找到了引起泵內產生水擊聲及出口管線劇烈震動的原因，而且找到了解決的方法。經(jīng)過改造后，重新運行的高壓往復注水泵泵體沒有再出現(xiàn)水擊聲，泵出口管線震動隨之也得到了解決。為裝置長周期平穩(wěn)運行打下堅實基礎，同時在存在溫升的條件下，除了要考慮活動密封件的膨脹量外，應該密切結合現(xiàn)場的實際，從設備本身、工藝介質、現(xiàn)場環(huán)境及工藝管線布置綜合考慮，消除活動密封件的摩擦。只有通盤考慮各種制約因素，經(jīng)過計算、分析判斷，逐個原因分析排除，才能更好地解決現(xiàn)場出現(xiàn)的各種故障和難題。

[1] 黃希賢，曹占友.泵操作與維修技術問答[M].北京：中國石化出版社，2005.

[2] 姚玉英、陳常貴.化工原理[M].天津：天津大學出版社，2003.

[3] GB 150-1998，鋼制壓力容器[S].

[4] GB/T 7782-1996，計量泵[S].