孫 春 彩

（中沙（天津）石化有限公司，天津 300271）

高速離心泵油乳化分析及改進措施

孫 春 彩

（中沙（天津）石化有限公司，天津 300271）

針對高速離心泵 P-101A/B 泵油乳化，軸承損壞、機械密封泄漏等問題，剖析故障原因，分別從設備、工藝、檢維修三個方面對高速泵油乳化、密封泄漏等問題對系統(tǒng)進行了深入的研究，并根據分析結果制定對策，實施改進措施，取得良好的結果。

高速離心泵；乳化；機械密封；汽蝕

中沙（天津）石化 100 萬 t/a 乙烯及配套項目35 萬 t/a 苯酚丙酮裝置由 30 萬 t/a 的異丙苯單元和35 萬 t/a 的苯酚丙酮單元組成。

異丙苯單元采用中國石化上海石油化工研究院開發(fā)的 S-ACT 異丙苯生產技術。苯酚丙酮單元采用美國 UOP 的苯酚丙酮生產技術。中間產品異丙苯是由異丙苯單元產出的，P-101 泵是異丙苯單元的丙烯進料泵，如果此泵發(fā)生故障，直接影響中間產品異丙苯的產出，乃至后續(xù)單元產品的生產產量，甚至導致苯酚丙酮裝置停車。

1 概況介紹

P-101A/B 泵 為 異 丙 苯 單 元 丙 烯 進 料 泵GSB-L1-30/412 型立式高速泵，它是苯酚丙酮裝置異丙苯單元丙烯進料泵，由于該泵的結構、工藝狀況較為復雜，檢維修精度要求高，運行過程中經常發(fā)生潤滑油乳化、軸承損壞，密封泄漏等故障。

P-101A/B 泵潤滑油牌號 SHELL ATF 4413，由內置油泵和輔助油泵強制潤滑，采用循環(huán)水對其進行冷卻，使其回油溫度控制在 60 ℃以下，其相關參數如下表所示：

表 1 高速泵參數表Table 1 High speed pump parameters

2 故障分析

P-101A 泵電機第一次出現(xiàn)輕微油乳化現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn) P-101A 泵電機的油溫度超過 90 ℃。對冷卻器進行反洗后溫度降至 60～70 ℃，但持續(xù)一段時間后油溫反復上升。分別對兩臺泵的油系統(tǒng)冷卻器進行更換，循環(huán)水反向流動。檢查更換下來的冷卻器發(fā)現(xiàn)其管程有堵塞現(xiàn)象，進行酸洗后打壓（殼程 1.0 MPa，工作壓力 0.7 MPa），檢測合格。

當油乳化現(xiàn)象發(fā)生時，泵的機械密封有時沒有發(fā)生泄漏。泵的密封存在間歇性泄漏情況。當泵切換時，尤其是運轉情況下，泵極易發(fā)生汽蝕，且泵的物料側密封沖洗有時有大幅波動。

相對于 A、B 兩臺泵，P-101B 泵密封泄漏比較頻繁。觀察兩臺泵在運行期間的不同之處，發(fā)現(xiàn)P-101B 振動較 A 臺大。進一步對振動大的 P-101B泵更換增速器、誘導輪、擴散器，油乳化程度有所減弱[1]。

檢修中多次發(fā)現(xiàn)軸套與油封動環(huán)之間的“O”環(huán)損壞嚴重，更換“O”環(huán)備件，油封側機械密封靜環(huán)采用大強度（高彈性）的彈簧，一段時間內試運情況較好，但仍存在密封泄漏現(xiàn)象。

檢修中發(fā)現(xiàn)軸套與“O”環(huán)備件的制造尺寸有誤差，更換進口軸套后泵運轉正常，油乳化現(xiàn)象消失。

3 原因分析

3.1 工藝原因

泵入口壓力低且壓力波動頻繁。正常情況下，泵入口壓力要求 1.82 MPa，當單臺泵運轉時，泵入口壓力低至 1.0 MPa，此種情況下泵極易發(fā)生汽蝕。若泵在運轉時壓力有較大波動，容易引起泵的喘振。

頻繁切換泵。切換時排氣不充分，加之泵入口壓力低極易引起泵的汽蝕。

泵的出口流量不穩(wěn)定。流量過高，泵超負荷運轉，電流走高，造成泵過載。流量低，引起泵抽空、喘振。

3. 2 檢修原因

泵的密封安裝精度不足。導致泵密封泄漏，油乳化。

3. 3 設備備件原因

泵的密封備件制造有誤差。密封面材質、彈性元件制造有誤差，造成泵密封泄漏、油乳化。

泵軸套與“O”環(huán)的配合存在誤差。如果軸套或“O”環(huán)配合尺寸有誤差，將造成泵的油乳化。

4 改進措施

4.1 泵的入口壓力低、流量波動及泵的頻繁切換實施的措施

P-101 入口壓力 1.34～1.82 MPa，出口壓力 3.81 MPa 左右，運行時最大出口壓差 0.5 MPa，泵流量、壓力的較大波動造成了泵瞬間喘振。泵的入口壓力小于必須汽蝕余量。當泵單臺同時運轉時，泵的入口壓力降至 1.0 MPa，在低溫高壓條件下，物料中的丙烯極易汽化。切泵時，泵體排氣不充分也將造成泵的汽蝕?？尚写胧┤缦拢?/p>

（1）避免泵單臺運轉，按照泵的設計能力調整工藝負荷，以提高泵的入口壓力。

（2）加強對工藝參數的調控，避免泵的壓力大幅波動。

（3）避免工藝負荷的大幅調整，較少進行泵的切換，降低頻次。

4.2 泵的安裝精度的監(jiān)督

泵機械密封的安裝精度高是機械密封平穩(wěn)運轉的前提條件，不正確的安裝或安裝精度差，將導致泵機械密封的頻繁泄漏，進而導致泵油乳化問題的發(fā)生[2]。LMV331 型立式高速泵檢修的技術參數如下：

（1）高速軸軸向串動量應控制在 0.33～0.43 mm。

（2）高速軸軸瓦間隙應控制在 0.09～0.13 mm之間，不能超過 0.15 mm；中速軸不能超過 0.14 mm。

（3）靜環(huán)全壓縮量 3 mm,實際調整壓縮量1.6～2.1 mm，高速軸竄量越大，壓縮量也越大。

（4）高速軸徑向跳動應控制在≤0.02 mm。

（5）葉輪、誘導論及高速軸組件動平衡允差應小于 7.2 g·mm。

（6）軸套的兩端必須平行，日機裝公司對軸套平行的標準值為：7.62‰ mm。

（7）動環(huán)與高速軸的垂直度≤0.03 mm。

（8）高低速軸軸線直線度允差值為 0.01 mm。

（9）密封安裝前動、靜環(huán)應進行光帶檢查。按照 JB4127-85 的規(guī)定靜環(huán)石墨端面的平直度≤0.000 9 mm(少于 3 個光干涉圈 ，1 個光干涉圈=0.000 3 mm)。由于自然變形等原因可能會有超過 3個光干涉圈的，應重新研磨后安裝。YG6動環(huán)的平直度≤0.000 6 mm（2 個光干涉圈）,超差的也應重新研磨后安裝。

4.3 泵備件尺寸的確認

檢修中多次發(fā)現(xiàn) “O” 環(huán)（圖 1：件號 4）損壞嚴重，油封側機械密封靜環(huán)采用大強度（高彈性）的彈簧，一段時間內試運情況較好，但仍存在輕微密封泄漏現(xiàn)象[3]。同時，發(fā)現(xiàn)軸套（圖 1：件號 3）的制造尺寸有明顯差別，更換進口軸套后泵運轉正常，油乳化現(xiàn)象消失。綜上所述： “O”環(huán)（圖 1：件號 4）損壞嚴重、軸套（圖 1：件號 3）國產備件制造尺寸誤差是油乳化問題的直接原因。

若以“O”環(huán)實際尺寸（?31 mm×1.77 mm）計算，則它們之間的配合應當滿足下列兩個條件：

條件一： “O”環(huán)安裝于軸套倒角部位后，上端面應當略高于軸套上端面，以保證“O”環(huán)有充足的壓縮量。

圖 1 立式高速泵密封組裝圖Fig.1 Vertical high speed pump seal assembly drawing

條件二：忽略“O”環(huán)被壓縮時體積的變化，則其體積應當小于軸套與軸之間的體積，以保證軸套緊抵動環(huán)。

條件一的理論計算：以圖3軸套尺寸建立圖2所示坐標系。

圖 2 O 環(huán)與軸套關系Fig.2 O ring and axle sleeve

圖 2 中的圓軌跡表示“O”環(huán)徑向截面，直線y=x- 16表示軸套 45°倒角斜線。A（m, n）表示“O”環(huán)徑向截面圓圓心；B（l, h）表示圓與直線的切點；R 表示“O”環(huán)徑向截面圓半徑；Δb 表示“O”環(huán)壓縮量；c表示軸套垂直高度，則b、Δ b、c 理論計算值滿足 b＞c-h；Δb=b-c。

R 為 1.77/2＝0.885，由圖 3 軸套尺寸知 m=31/2＋ 1.77/2 ＝ 16.385 ， B 點 坐 標 為 （ m ＋ Rsin45 ，m+Rsin45-16 ） 即 （ 17.012 ， 1.012 ）， 則 b=R ＋Rsin45＞c-1.012 ， R ＋ Rsin45-Δ b =c-1.012 得 到c＜2.523,2.523-Δb=c。

圖 3 國產軸套尺寸Fig.3 Domestic axle sleeve size

以圖 5 對“O”環(huán)進行受力分析:在軸套軸向力F壓力作用下，動環(huán)將對“O”環(huán)產生反作用力N，在接觸點B產生垂直于斜面的彈力M，在這三個力作用下“O”環(huán)將向AD 方向填充，當接觸AD 邊界后，該面產生反作用彈力 K，在這 4個力的作用下，“O”環(huán)達到平衡?！癘”環(huán)發(fā)生先向 AD 方向填充，后在F、N、K、M 四個力作用下發(fā)生水平方向和垂直方向的擠壓變形。在條件二下，“O”環(huán)的橫截面變形如圖 6 中 YDPB 區(qū)域所示?？紤]到 ABY 及 BLP截面所圍小體積的抵消，條件二可簡化為：ADPB所圍圓環(huán)體積≧ “O”環(huán)體積。

圖 4 進口軸套尺寸Fig.4 Import axle sleeve size

條件二的理論計算：

圖 5 O 環(huán)受力分析圖Fig.5 O ring force analysis diagram

圖 6 “O”環(huán)受力截面變形圖示Fig.6 O ring stressed section deformation diagram

以圖5所示坐標系對ABPD所圍圓環(huán)體積進行積分有：

“O”環(huán)體積為:

解不等式得到:c≧2.405。

由條件一和條件二得知：2.405＜c＜2.523，由2.523-c =Δb 知“O”環(huán)壓縮量Δb 為 0～0.118 mm。國產軸套尺寸如圖 3 所示，c 值為 2.0 mm 表明“O”環(huán)壓縮量超過 0.5 mm,且軸套與動環(huán)不能接觸。進口軸套如圖 4 所示，c值為 2.5 mm,表明“O”環(huán)壓縮量僅為 0.023 mm。滿足“O”環(huán)的最佳壓縮量 0.118 mm，c 值最小可取 2.405 mm。

根據推導，圖 4 中的 c值應當取為 2.4 mm，既可以保證“O”環(huán)的彈性，又保證了軸套可以緊抵動環(huán)，以控制軸的徑向擺動，避免“O”環(huán)的擠壓受損。

4.4 鞏固措施

首先要加強設備問題培訓,提高職工設備管理水平。進一步優(yōu)化設備操作，嚴格操作規(guī)范，保持泵的平穩(wěn)運轉。其次要對泵的油系統(tǒng)冷卻器定期進行反洗[4]，特別關注泵油溫的異常上升。優(yōu)化工藝操作，盡可能提高泵的入口壓力，減少汽蝕。保證泵壓力、流量的穩(wěn)定，減少泵的喘振[5]。加強對泵備件質量、檢修質量的監(jiān)督，降低設備返修率。繼續(xù)深入開展工藝設備技術攻關，穩(wěn)定 P-101A/B 泵入口壓力。

5 結束語

通過改進，泵油乳化問題得到了徹底的解決，機械密封泄漏問題也得到了改善，延長了機泵的運行周期，降低了機泵的維修頻率，對此型立式高速泵油乳化及密封失效問題具有普遍的指導意義。

［1］ 丁網英.離心泵試運常見故障原因分析及處理措施[J]. 石油和化工設備, 2011(06)：65-67.

［2］ 陳來保，潘金亮，焦紅志，李京沛.高速離心泵常見故障原因分析及處理[J].河南化工,2008(08) ：38-39.

［3］ 龔步才.O 型圈在靜密封場合的選用[J].流體傳動與控制,2005(04)：52-56.

［4］ 高 燚.液 態(tài) 烴 泵 機 械 密 封 失 效 分 析 及 改 進 [J].化 工 設 備 與 管道,2010(03)：31-33.

［5］麥翰杰，廖藝，江放.重型丙烯泵機械密封泄漏分析解決方案[J].機械,2008(01)：78-80.

汽柴油質量升級技術和煙氣脫硫脫硝技術

生意社為您帶來的推介會現(xiàn)場圖文直播。以下為：中石油規(guī)劃總院副總工程師張福琴做汽柴油質量升級技術和煙氣脫硫脫硝技術的相關報告。

張福琴總工程師就目前煉油行業(yè)政策以及發(fā)展環(huán)境做相關介紹，報告中指出，新建煉油及擴建一次煉油項目由國務院投資主管部門核準。環(huán)保壓力下，汽柴油升級壓力巨大。張總工程師還一并介紹了目前我國煉油行業(yè)的現(xiàn)狀。就目前的技術：國內清潔汽油生產技術、國內清潔柴油生產技術、催化煙氣脫硫脫硝技術做相關解析。

基于煉廠面對油品質量升級的壓力，生意社中國地煉俱樂部為了答謝地煉合作和建立煉廠高端人脈圈特攜手科洋環(huán)境工程(上海)有限公司共同組織“2014年硫回收技術推介會(山東地煉見面交流會)”，于7月30日在煉廠集中的東營召開，會議更是邀請了中國石化經濟技術研究院首席專家舒朝霞、中石油規(guī)劃總院副總工程師張福琴、科洋環(huán)境工程(上海)有限公司技術專家。

Analysis on the Lube Oil Emulsification Problem of High Speed Centrifugal Pumps and Improvement Measures

SUN Chun-cai
（Sinopec SABIC Tianjin Petrochemical Co., Ltd.，Tianjin 300271，China）

In view of the problems of high speed centrifugal pump P-101A/B, such as lube oil emulsification, bearing damage, mechanical seal leakage, the causes of the problems were analyzed from the aspects of equipment, process, maintenance; and countermeasures were put forward according to the analysis results. After implementing the improvement measures, good results were achieved.

High speed centrifugal pump; Emulsification; Mechanical seals; Cavitation

TQ 050

： A文獻標識碼： 1671-0460（2014）07-1233-04

2014-05-10

孫春彩（1985-），女，天津人，助理工程師，2008 年畢業(yè)于天津理工大學機械工程及自動化專業(yè)，研究方向：從事設備管理方面的工作。E-mail：cc.sun@ss-tpc.com。