蔣先廣

(陜西未來能源化工有限公司 陜西榆林719000)

德士古氣化裝置除氧水泵(1開1備)的主要作用是將脫氧水槽脫氧后的灰水送至碳洗塔洗滌，洗滌后的水再循環(huán)或用于鎖斗加壓，一旦該泵發(fā)生故障，氣化及后續(xù)生產(chǎn)系統(tǒng)將立即停車。

1 除氧水泵存在的問題

除氧水泵為節(jié)段式自平衡多級泵，型號為ZDF300-80，泵與電機(jī)軸承均采用強(qiáng)制潤滑方式，帶加長軸雙模片聯(lián)軸器，六級葉輪對稱布置，功率1 250 kW，轉(zhuǎn)速2 980 r/min，流量300 m3/h，揚(yáng)程800 m，介質(zhì)為含少量細(xì)渣的氣化灰水，溫度為109～123 ℃，入口壓力為0.15 MPa。由于轉(zhuǎn)子部件對稱布置，各級葉輪所產(chǎn)生的軸向力基本相互抵消，不需采用平衡盤或平衡鼓結(jié)構(gòu)就能實(shí)現(xiàn)軸向力自動平衡，殘余軸向力由非驅(qū)動端強(qiáng)制潤滑金斯伯雷止推軸承承擔(dān)。葉輪密封環(huán)、級間密封環(huán)、軸封密封環(huán)采用反螺旋無接觸密封；出水段設(shè)在中部，具有高壓水泵低壓密封的特點(diǎn)。

該泵投運(yùn)前期，機(jī)械密封頻繁泄漏，經(jīng)多次維修，效果不明顯。運(yùn)行1年后，泵振動較大，軸往復(fù)竄動明顯，流量嚴(yán)重不足，被迫停車檢修。

2 故障原因分析

2.1 機(jī)械密封頻繁泄漏

除氧水泵投運(yùn)初期，機(jī)械密封基本不漏。運(yùn)行一段時(shí)間后，機(jī)械密封出現(xiàn)滴狀連續(xù)泄漏，對設(shè)備運(yùn)行影響不大，未引起重視，久而久之泄漏越發(fā)嚴(yán)重。經(jīng)多次更換機(jī)械密封，效果不明顯。

經(jīng)檢查、分析發(fā)現(xiàn)，問題出現(xiàn)在機(jī)械密封沖洗水上。除氧水泵吸入段位于驅(qū)動端一側(cè)，入口壓力為0.15 MPa，次級吸入段位于非驅(qū)動端一側(cè)，入口壓力為4.00 MPa，驅(qū)動端機(jī)械密封比非驅(qū)動端機(jī)械密封的端面比壓要低，要求的密封沖洗水壓力不一樣，密封沖洗水壓力一般比被密封介質(zhì)壓力高0.20～0.30 MPa，即驅(qū)動端機(jī)械密封沖洗水壓力應(yīng)為0.35～0.45 MPa，非驅(qū)動端機(jī)械密封沖洗水壓力應(yīng)該為4.20～4.30 MPa。然而，由于生產(chǎn)企業(yè)過分相信反螺旋反抽的原理，未計(jì)算沖洗水壓力，泵兩端的機(jī)械密封沖洗水全部設(shè)計(jì)使用0.40 MPa脫鹽水。0.40 MPa脫鹽水對于驅(qū)動端機(jī)械密封而言，壓力正好，該側(cè)機(jī)械密封故障率較低；對于非驅(qū)動端而言，壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，含細(xì)渣的高溫灰水進(jìn)入摩擦副導(dǎo)致機(jī)械密封受損，泄漏量逐漸增大，同時(shí)軸襯反螺紋因得不到干凈的外沖洗水沖洗，反螺紋逐漸被細(xì)渣磨蝕掉，進(jìn)一步加劇了機(jī)械密封的泄漏程度。

2.2 流量降低

(1)首級葉輪因氣蝕產(chǎn)生孔洞，葉輪出口流量降低。脫氧水槽鮑爾環(huán)填料頻繁脫落進(jìn)入管道，積聚在泵入口過濾器前，管道流通面積減小甚至堵塞管道，造成泵入口流量低于泵設(shè)計(jì)工況而產(chǎn)生氣蝕，首級葉輪蓋板多處穿孔。待填料清理完畢、泵入口管道通暢后，葉輪穿孔回流，使得流量損失大，造成泵的流量不足。

(2)葉輪蓋板與導(dǎo)葉蓋板存在摩擦現(xiàn)象，說明葉輪與導(dǎo)葉對中偏離較大，造成泵流量下降。

(3)級間密封磨損，容積泄漏損失偏大。轉(zhuǎn)子和定子在徑向產(chǎn)生了摩擦，使得級間反螺旋被嚴(yán)重磨損，造成級間回流泄漏較大。另外，含有細(xì)渣的酸性高溫灰水經(jīng)過級間密封后，對反螺旋逐漸磨損和腐蝕，是造成級間密封失效的另一大原因。葉輪口環(huán)密封、出水段和吸水段之間的級間密封均為單向反螺旋密封，材質(zhì)不耐磨，在沒有外沖洗水的情況下，受到含細(xì)渣灰水磨損，間隙變大導(dǎo)致液體回流損失大，造成泵流量偏低。

2.3 設(shè)備振動偏大

(1)氣蝕造成設(shè)備振動較大。發(fā)生氣蝕時(shí)，吸水室內(nèi)液體發(fā)生汽化，產(chǎn)生許多氣泡，氣泡內(nèi)充滿蒸汽和液體中析出的氣體，氣泡隨著液體被帶到壓水室的葉輪高壓區(qū)，在高壓的作用下迅速凝結(jié)而破裂，同時(shí)，周圍的流體質(zhì)點(diǎn)以高速沖向原來氣泡占有的空間，質(zhì)點(diǎn)相互撞擊而形成高頻的局部水擊，壓力可高達(dá)上千兆帕，使首級葉輪受到損壞，并造成設(shè)備振動較大。

(2)由于葉輪和導(dǎo)葉對中偏離，導(dǎo)致泵振動大。導(dǎo)葉輪和導(dǎo)葉蓋板間相互摩擦，使水泵劇烈振動。同時(shí)，由于葉輪和導(dǎo)葉對中不好，流量下降，葉輪出口返回的流體形成的反動力，也是泵振動大的原因。

在維修或更換非驅(qū)動端機(jī)械密封時(shí)，必須拆卸止推軸承。止推盤與軸是過盈配合，拆卸止推盤時(shí)，敲擊導(dǎo)致轉(zhuǎn)子整體向非驅(qū)動端移動，當(dāng)安裝推力盤(熱裝)后，沒有校對軸的竄量，導(dǎo)致葉輪和導(dǎo)葉沒有對中以及止推盤與非工作瓦塊間隙過小，維修人員采取減小軸承壓蓋墊片厚度的方法調(diào)整止推軸承間隙。泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，轉(zhuǎn)子前后竄動，導(dǎo)致對中較差。

(3)轉(zhuǎn)子晃度偏大，導(dǎo)致泵體強(qiáng)烈振動。拆檢時(shí)發(fā)現(xiàn)，葉輪口環(huán)有明顯的摩擦痕跡。檢測軸的晃度后發(fā)現(xiàn)，軸中間部位跳動值為0.08 mm，標(biāo)準(zhǔn)為≤0.05 mm；軸頸部位跳動值為0.04 mm，標(biāo)準(zhǔn)為≤0.02 mm。軸的晃度超標(biāo)引起泵振動大，其原因是暖泵不充分所致。

泵體在運(yùn)行前未進(jìn)行充分預(yù)熱，當(dāng)高溫液體突然進(jìn)入冷態(tài)的泵體后，轉(zhuǎn)子馬上受熱，由于轉(zhuǎn)子尺寸小且四周受熱，比定子受熱要快。轉(zhuǎn)子在靜止?fàn)顟B(tài)下受熱，由于主軸上、下受熱不均勻，會使主軸產(chǎn)生一個(gè)向上彎曲的熱變形，加大轉(zhuǎn)子不平衡的離心力，使轉(zhuǎn)子和定子徑向間隙縮小，在轉(zhuǎn)子熱撓度較大時(shí)，動靜部分徑向間隙可能消失，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)時(shí)與定子發(fā)生摩擦，從而導(dǎo)致泵體本身的強(qiáng)烈振動。

3 問題解決方法

機(jī)械密封沖洗水壓力設(shè)計(jì)不當(dāng)是造成機(jī)械密封泄漏的主要原因；氣蝕致葉輪穿孔、軸的工作竄量和晃度大，是導(dǎo)致泵的流量減小和振動偏大的根本原因。

3.1 提高沖洗水壓力

非驅(qū)動端機(jī)械密封沖洗水的壓力應(yīng)為4.20～4.30 MPa，從熱電車間引入干凈的冷凝液作為非驅(qū)動端密封沖洗水，嚴(yán)格控制其壓力在4.20～4.30 MPa，解決了機(jī)械密封頻繁泄漏的難題。

3.2 對脫氧水槽進(jìn)行技術(shù)改造，

在不減少流通面積的前提下，將脫氧水槽塔盤厚度加大，提高其強(qiáng)度，防止因熱應(yīng)力變形而塌盤；使用厚度大、受熱不易變形材質(zhì)的鮑爾環(huán)，防止其因受熱變形從塔盤中被擠出脫落進(jìn)入管道。改造后，填料不再脫落，解決了因填料脫落堵塞管道致使入口流量低造成泵氣蝕的問題。

3.3 重新測定泵的竄量

對中導(dǎo)翼，葉輪和止推盤定位后，以調(diào)整扇形瓦背墊片的方法，確保止推軸承間隙符合標(biāo)準(zhǔn)，防止軸竄量超標(biāo)。設(shè)備維修回裝過程中，止推盤裝好后，測定轉(zhuǎn)子竄量，葉輪和導(dǎo)葉對中后，以增加或減少止推軸承瓦背墊片來調(diào)整軸承間隙。

(1)轉(zhuǎn)子竄量的測定

葉輪和導(dǎo)葉兩中心對準(zhǔn)時(shí)，首級葉輪吸入側(cè)到導(dǎo)葉的距離，即b1值(圖1)是泵的最大竄量。多級泵運(yùn)行中，當(dāng)首級葉輪中心與導(dǎo)葉中心正好對準(zhǔn)時(shí)，泵的水力損失小、效率最高，是理想的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行狀態(tài)。大修裝配之后，應(yīng)達(dá)到此要求。一般情況下，b1=3 mm，b2=2 mm，只要b1值確定，導(dǎo)翼也即對中，首級葉輪b1可以作為泵的工作竄量。

圖1 b1和b2的示意

(2)止推軸承間隙的測定

止推盤的主要作用是給轉(zhuǎn)子定位，主要任務(wù)是吸收殘余軸向力，根本目的是防止導(dǎo)翼不對中以及轉(zhuǎn)子和定子之間發(fā)生摩擦。所以，安裝止推軸承時(shí)，應(yīng)嚴(yán)格檢查軸的工作竄量，使得轉(zhuǎn)子定位后，嚴(yán)格控制推力盤兩側(cè)的間隙。一方面保證動油壓楔形油膜的建立，使軸承正常工作；另一方面，防止轉(zhuǎn)子軸向位移偏大，葉輪和導(dǎo)葉蓋板貼住和導(dǎo)翼不對中。

除氧水泵止推軸承為金斯伯雷止推軸承，止推瓦塊下面有上水準(zhǔn)塊、下水準(zhǔn)塊和基環(huán)，屬于3層結(jié)構(gòu)(圖2)。止推瓦塊與墊在下面的上水準(zhǔn)塊、下水準(zhǔn)塊和基環(huán)之間采用球面支點(diǎn)接觸，保證止推瓦塊和水準(zhǔn)塊可以自由擺動，使載荷分布均勻。止推瓦塊一般采用25號鋼，上面澆注巴氏合金，厚度一般為1.0～1.5 mm。止推盤與止推瓦塊之間留有間隙，此間隙通常稱為工作總竄量，一般為0.36～0.46 mm，可以保證止推盤和瓦塊之間形成油楔，承受轉(zhuǎn)子的軸向推力。

圖2 金斯伯雷止推軸承

3.4 設(shè)置暖泵管線

在泵的進(jìn)、出口各配Φ25 mm聯(lián)通管線，配有截止閥控制流量。當(dāng)其中一臺泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，可開啟閥門給另一臺泵供熱水，熱水經(jīng)過泵后回到泵的入口管線，觀察備用泵不反轉(zhuǎn)即可，這樣能保證暖泵充分。另外，加強(qiáng)盤車管理，每班盤車1次，軸旋轉(zhuǎn)180°，防止轉(zhuǎn)子晃度變大。

3.5 提高反螺旋輪齒的硬度

泵的原設(shè)計(jì)是在反螺旋密封齒表面上鍍硬鉻來提高硬度，在壓差大的部位增加密封環(huán)的厚度，使級間滲漏盡可能地減少。但氣化灰水中含有大量的Cl-，其對鉻腐蝕嚴(yán)重，當(dāng)鍍層被腐蝕磨損掉后，反螺旋密封齒的使用壽命大大縮短?？刹捎脻B碳的辦法來提高反螺旋密封齒的硬度，提高反螺旋的耐磨和耐腐蝕性能，大幅度延長了反螺旋密封的使用壽命。

4 結(jié)論

經(jīng)過技術(shù)改造和嚴(yán)格按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)檢修后，除氧水泵實(shí)現(xiàn)了長周期穩(wěn)定運(yùn)行，大幅度減輕了維修勞動強(qiáng)度和減少了系統(tǒng)停車次數(shù)，每年節(jié)約了大量的維修資金，說明上述檢修方法是可行的和成功的。