張茂佶

（大慶油田海塔指揮部19作業(yè)區(qū)，黑龍江大慶 163500）

輸油泵軸承頻繁高溫原因分析與對策研究

張茂佶

（大慶油田海塔指揮部19作業(yè)區(qū)，黑龍江大慶 163500）

通過對某輸油站輸油主泵頻繁出現(xiàn)非驅(qū)端軸承超溫過熱導(dǎo)致的停泵問題進(jìn)行分析，指出故障表象是非驅(qū)端軸溫逐漸升高并超標(biāo)，而故障實(shí)質(zhì)是主泵級間迷宮平衡套被通過平衡孔的夾帶雜質(zhì)的高壓油流產(chǎn)生頻繁拋丸沖蝕，導(dǎo)致軸向力逐漸不平衡，最終推力軸承不能平衡多余的軸向力；指出工藝管道布置方式是影響該輸油站輸油泵故障率的原因。基于這些因素，提出改進(jìn)措施：在運(yùn)行管理環(huán)節(jié)應(yīng)采取調(diào)整進(jìn)站過濾器濾網(wǎng)目數(shù)、縮短過濾清理周期、加強(qiáng)對重點(diǎn)管段的清管工作等措施；在站場工藝環(huán)節(jié)，應(yīng)增加新型高效強(qiáng)磁除銹裝置的技術(shù)改造。實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明：上述措施可有效控制進(jìn)入輸油主泵的雜質(zhì)量，從而保護(hù)主泵內(nèi)部構(gòu)件，特別是級間迷宮平衡套，有效地保證了輸油主泵長周期運(yùn)行。

輸油泵 超溫 原因分析 對策

1 輸油泵故障原因

輸油泵為兩端滾動軸承支承，軸承采用油環(huán)自潤滑，自然冷卻方式，采用十二級泵拆級而成的十一級泵結(jié)構(gòu)型式，泵殼采用雙蝸殼結(jié)構(gòu)，采用10個(gè)葉輪背對背對稱布置平衡，第十一級葉輪采用口環(huán)+平衡孔方式平衡軸向力，在十一級葉輪與五級葉輪之間布置級間螺旋密封平衡套平衡此處高壓區(qū)與低壓區(qū)之間軸向力。該螺旋密封主要由帶有右旋螺紋的級間套和配套的級間環(huán)組成，當(dāng)級間套與軸旋轉(zhuǎn)時(shí)，流體摩擦力作用在螺旋槽內(nèi)液體上，使之產(chǎn)生軸向反壓，其值與腔體內(nèi)壓力相等，就此消除液體外漏達(dá)到密封。當(dāng)螺旋密封上螺紋被逐漸沖蝕磨損到一定程度時(shí)，密封失效。

1.1 超溫故障的共性問題

（1）葉輪腔室存在大量雜質(zhì)，主要為大量銹蝕物及少許油泥。（2）泵內(nèi)部件存在嚴(yán)重磨損，五級葉輪出口葉輪口環(huán)被沖刷出多條深溝槽，對應(yīng)葉輪有多處凹坑；五級與十一級葉輪之間的級間迷宮密封有多條較深溝槽，級間迷宮密封失效；其余葉輪泵體口環(huán)與葉輪口環(huán)均磨損沖刷嚴(yán)重。（3）出現(xiàn)故障前均出現(xiàn)主泵電流在非驅(qū)端軸承溫度快速上升時(shí)有明顯下降的情況。

1.2 故障原因分析

經(jīng)過多次解體檢修，均發(fā)現(xiàn)泵腔內(nèi)存在大量的雜質(zhì)，級間螺旋密封平衡套被流體中雜質(zhì)嚴(yán)重沖蝕，最終被擊穿。平衡套位于泵第十一級與第五級之間，屬迷宮式結(jié)構(gòu)。迷宮套在相對旋轉(zhuǎn)時(shí)起軸向平衡作用，補(bǔ)油壓力約為10MPa。油流方向正對內(nèi)外套中間，由于壓力高，加之液體中存在細(xì)小而硬質(zhì)的顆粒狀雜質(zhì)，產(chǎn)生類噴丸現(xiàn)象，久而久之，高速度顆粒狀雜質(zhì)將平衡套擊穿，使得平衡套失去功效，此處泵的軸向不平衡力完全作用于止推軸承，導(dǎo)致非驅(qū)端止推軸承超溫。由此確定輸油泵故障的根本原因?yàn)橛推分械碾s質(zhì)（特別是細(xì)小而硬質(zhì)的顆粒狀機(jī)械類雜質(zhì)）較多，對級間套頻繁發(fā)生類拋丸沖蝕。

1.3 管道雜質(zhì)成分

成品油管道中雜質(zhì)主要來源于兩個(gè)方面：施工時(shí)，在管道中留下的焊渣、泥沙等機(jī)械雜質(zhì)；管道內(nèi)腐蝕產(chǎn)物。對該輸油站雜質(zhì)沉積物進(jìn)行采樣分析，沉積物以無機(jī)組分為主，占沉積物總量的90%。

對每次機(jī)泵解體后的雜質(zhì)采樣并進(jìn)行分析和檢測，有機(jī)組分主要為分子量較大的直鏈飽和烴，與成品油成分一致；無機(jī)組分主要物質(zhì)為鋼管腐蝕形成的含鐵物質(zhì)，并含有少量的錳鎳及可溶性鈣鎂組分。對部分樣品進(jìn)行X-射線熒光光譜分析，管道油品中雜質(zhì)主要由鐵銹和油泥組成。在干燥空氣中，室溫下，碳鋼管道會在鋼表面上生成一層氧化膜，可有效抑制管材內(nèi)部的氧化反應(yīng)。若大氣中有水氣存在，水膜會附在鋼材表面上，空氣中若存在二氧化碳、硫化氫等物質(zhì)，管材表面的水膜變成弱酸，加劇鋼材表面腐蝕。通過鋼管內(nèi)壁浮銹生成試驗(yàn)，確定管道中雜質(zhì)為管道施工過程中遺留的泥沙和管道內(nèi)表面的浮銹。

綜上所述，輸油泵的故障應(yīng)為油品中的大量雜質(zhì)（鋼管內(nèi)壁浮銹）對級間套頻繁類拋丸沖蝕所致。

2 解決對策

提升級間襯套口環(huán)與配套第五級葉輪口環(huán)對應(yīng)側(cè)材質(zhì)，硬度由170～210HB調(diào)整到220～240HB，增強(qiáng)耐沖蝕能力。調(diào)整過濾器網(wǎng)目數(shù)，加強(qiáng)對雜質(zhì)的過濾與收集，將過濾器網(wǎng)由20目調(diào)整為30目，管道運(yùn)行過程中，根據(jù)過濾器堵塞的使用情況，在20目與30目之間進(jìn)行切換。沿線輸油泵站增加新型強(qiáng)磁除銹裝置，將其安裝在收球筒內(nèi)，進(jìn)一步加強(qiáng)對油中機(jī)械雜質(zhì)的分離效果。根據(jù)過濾器的堵塞情況，有針對性地進(jìn)行清管作業(yè)，對堵塞較頻繁、雜質(zhì)較多的管段，進(jìn)一步加強(qiáng)清管作業(yè)。輸油泵沿油流方向一字排列。管道運(yùn)行過程中，管內(nèi)雜質(zhì)并非均勻分布，而是呈間斷性小丘狀分布。根據(jù)液固輸送特點(diǎn)，每次啟輸或調(diào)整工況時(shí)，管內(nèi)大量雜質(zhì)被油頭積極擾動后，隨油流大量引入母管。雜質(zhì)堆積沿油流方向逐漸增多，特別是末端為盲端，積累堆積最多，并且受油流擾動激蕩最嚴(yán)重。

另外，在啟輸工況穩(wěn)定后，系統(tǒng)內(nèi)雜質(zhì)在管內(nèi)將隨工況穩(wěn)定而慢慢沉淀，雜質(zhì)夾帶量將會大幅減少，并且根據(jù)液固輸送特點(diǎn)，油流會產(chǎn)生清混分層。當(dāng)并聯(lián)運(yùn)行時(shí)（輸油站主要為雙泵并聯(lián)運(yùn)行），運(yùn)行組合若為多臺輸油泵組合運(yùn)行時(shí)，排列在前的機(jī)泵首先吸入較多清流層。按照油流走向，油流切向進(jìn)入泵入口垂直直管段（作用近似于旋液分離器），油流中雜質(zhì)切向分離，受重力作用落入母管中，隨慣性沖入后續(xù)管道，同時(shí)該布置方式也會對后續(xù)管路油流產(chǎn)生擾動，導(dǎo)致管內(nèi)下層雜質(zhì)激起，隨油流進(jìn)入后續(xù)機(jī)泵。因此，在運(yùn)行時(shí)，進(jìn)入尾泵的雜質(zhì)最少，首泵最多。

3 結(jié)論與認(rèn)識

隨著市場需求的不斷擴(kuò)大，在輸油管道運(yùn)行管理、設(shè)備管理等方面還將面臨新的挑戰(zhàn)，仍需加強(qiáng)管輸油品中雜質(zhì)的控制力度。

（1）該輸油站地處管道海拔最低點(diǎn)，在已有站場布置的基礎(chǔ)上無法增加雜質(zhì)收集裝置。建議在泵進(jìn)口匯管終端或匯管底部加裝雜質(zhì)收集裝置，收集細(xì)小而硬質(zhì)的顆粒狀雜質(zhì)，根據(jù)雜質(zhì)收集狀況，定期清理，最大限度減少雜質(zhì)進(jìn)入泵體內(nèi)，解決盲端問題。

（2）充分利用該輸油站附近成品油儲備庫庫容資源，優(yōu)化輸油流程。上游油品先進(jìn)入成品油儲備庫進(jìn)行雜質(zhì)自然沉降后，再輸入該輸油站，儲備庫成品油罐可定期進(jìn)行切換，以滿足沉降周期和輸油生產(chǎn)要求。

（3）建議加強(qiáng)鋼管在投用前的防腐保護(hù)，如注入氮?dú)獾缺Ｗo(hù)氣體，減少自然腐蝕；加強(qiáng)鋼管的儲存、運(yùn)輸管理；施工過程中，注意封口保護(hù)，做好鋼管的防腐及焊接后的清理工作等。

［1］夏長友，劉志.小機(jī)泵（閥）密封裝置的維修與泄漏控制［J］.大慶石油學(xué)院學(xué)報(bào)，1997年02期.

［2］蘇慶華，許金海，劉峰.閘閥密封結(jié)構(gòu)改進(jìn)［J］，閥門.2011年03期.

［3］吳沁，王榮，楊建軍，包磊，王永恒.高溫重油泵機(jī)械密封端面熱失效分析及解決方案［J］.甘肅科學(xué)學(xué)報(bào)，2007年.