李 琦，毛 健，李文選，王忠臣，汪亞斌

(陜西延長石油碳氫高效利用技術(shù)研究中心，陜西 西安 710075)

0 引 言

延長石油碳氫研究中心采用美國KBR公司輸運床氣化技術(shù)及自主開發(fā)的二段轉(zhuǎn)化技術(shù)建設(shè)了一套100 t/天的中試裝置，該技術(shù)主要由輸運床氣化系統(tǒng)和二段轉(zhuǎn)化系統(tǒng)組成，解決了常規(guī)流化床氣化中的焦油殘留、甲烷含量偏高、碳轉(zhuǎn)化率偏低的問題，合成氣產(chǎn)量高、質(zhì)量好。同時，該技術(shù)具有處理原料范圍廣、單臺氣化爐處理能力大、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點。該中試裝置分為三個工段，分別為制粉工段、氣化工段及凈化工段。凈化工段的主要作用為對產(chǎn)生的合成氣進行降溫、濾去粗合成氣中飛灰及脫出合成氣中的鹵素及酸。該工段洗滌塔塔底循環(huán)泵為大連帝國產(chǎn)的高溫分離B型屏蔽泵，該泵的軸承采用碳化硅材質(zhì)，該泵在運行過程中出現(xiàn)軸承、軸套、推力盤破裂現(xiàn)象，影響裝置的正常運行。

1 屏蔽泵結(jié)構(gòu)及主要故障

屏蔽泵是用同一根軸將電機的轉(zhuǎn)子與泵的葉輪固定在一起的，然后用屏蔽套將這一組轉(zhuǎn)子屏蔽。電機的定子圍繞在屏蔽套的四周，屏蔽套是由不銹鋼金屬制成的，因此可以通過磁場傳遞給轉(zhuǎn)子，整個轉(zhuǎn)子在泵送液體中轉(zhuǎn)動[1]，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

被輸送液體由泵的吸入口進入泵腔，在高速旋轉(zhuǎn)的葉輪作用下，液體能量增加，從泵的排出口排出，在泵排出口引入輸送液體的(1%～3%)作潤滑與冷卻使用[4]。循環(huán)液有兩個流向，分別為：

循環(huán)液流向一：

泵排出口小孔-夾套式冷卻循環(huán)管-RB型端蓋-付葉輪-定子屏蔽套與轉(zhuǎn)子屏蔽套的間隙-前側(cè)軸承與前側(cè)軸套之間的間隙。

循環(huán)液流向二：

付葉輪-后側(cè)軸承與后側(cè)軸套之間間隙-軸端中心孔。

圖1 屏蔽泵的結(jié)構(gòu)示意圖1.泵體 2.葉輪 3.排出口 4.端蓋 5.前軸承 6.循環(huán)管 7.定子屏蔽套 8.轉(zhuǎn)子屏蔽套 9.軸套 10.后軸承

連接體上的傾斜小孔將葉輪產(chǎn)生的高壓傳入電機室，防止付葉輪產(chǎn)生汽蝕。

在KSY裝置第四次開車運行初期，點動屏蔽泵(411-JA)發(fā)現(xiàn)電機超流，泵未啟動。點動(411-JB)，泵啟動正常，但在泵運行約24 h后，停泵后再次啟動，發(fā)現(xiàn)該泵無法啟動。在對屏蔽泵(411-JA)檢修過程中，發(fā)現(xiàn)軸承、軸套、推力盤、轉(zhuǎn)子、定子表面存在大量焦油和固體顆粒。同時在拆卸過程中，滑動軸承粘結(jié)在軸承座里，很難將其取出，取出后發(fā)現(xiàn)軸承、軸套、推力盤均存在不同程度的裂紋；在對屏蔽泵 (411-JB)檢修過程中，發(fā)現(xiàn)定子與轉(zhuǎn)子顏色變?yōu)榧t色，軸承、軸套、推力盤上存在少量的焦油和固體顆粒，檢查泵入口過濾器，發(fā)現(xiàn)入口過濾器存在大量的焦油和固體顆粒。同時，檢查發(fā)現(xiàn)兩臺泵的轉(zhuǎn)子與定子表面均出現(xiàn)輕微劃痕。

2 屏蔽泵故障分析

2.1 工藝介質(zhì)的影響

屏蔽泵(411-JA/B)輸送的介質(zhì)為洗滌塔塔底堿液，經(jīng)過氣化反應(yīng)生產(chǎn)的合成氣在堿洗塔內(nèi)進行洗滌，主要用于脫出合成氣中的鹵素。由于前工段未能達到設(shè)計值，反應(yīng)生成的焦油未能全部熱解，同時，旋風(fēng)分離效果不理想，未能將合成氣中的固體顆粒有效分離，使得洗滌塔底部沉積了焦油和砂子。沉積的焦油和砂子通過塔底出口管線法蘭與泵的入口管線連接，使?jié)崈舳炔桓叩膲A液進入泵內(nèi)。屏蔽泵是通過在排出口引入少量的輸送液體(1%～3%總流量)作為潤滑和冷卻使用。依次對后軸承進行潤滑冷卻，然后再通過轉(zhuǎn)子與定子的間隙進行冷卻，再對前軸承進行冷卻。最后經(jīng)葉輪平衡孔回流到葉輪回眼口。如果輸送介質(zhì)含有雜質(zhì)，潔凈度不夠，一方面使入口過濾器堵塞，泵的入口流量小于泵設(shè)計的最小流量，使得介質(zhì)在泵內(nèi)氣化，或泵入口沒有流量，泵出現(xiàn)干轉(zhuǎn)現(xiàn)象。如泵(411-JB)，轉(zhuǎn)子與定子出現(xiàn)紅色，長時間運轉(zhuǎn)會導(dǎo)致電機燒壞。另一方面可能出現(xiàn)循環(huán)管堵塞，使得潤滑和冷卻效果下降，如果含有固體顆粒容易使轉(zhuǎn)子與定子出現(xiàn)明顯劃痕，長期運行會導(dǎo)致轉(zhuǎn)子和定子失效，同時電機燒壞。因此屏蔽泵在運行時一定要保證輸送介質(zhì)干凈，同時入口流量必須大于泵設(shè)計時的最小流量。

對于屏蔽泵(411-JA)在點動時未能啟動，檢修時發(fā)現(xiàn)軸承、軸套、推力盤、轉(zhuǎn)子、定子表面存在大量焦油和固體顆粒，軸承與軸承座粘結(jié)在一起，無法拆下，通過蒸汽加熱的方法才將軸承拆下。通過以上現(xiàn)象可以判斷，泵輸送介質(zhì)的潔凈度不高是引起軸承破裂的主要原因；對于(411-JB)泵軸承、軸套、推力盤上存在少量焦油，軸承并未與軸承座粘結(jié)在一起，但是拆開后發(fā)現(xiàn)整個轉(zhuǎn)子顏色發(fā)紅，入口過濾器存在大量的砂子，過濾器堵塞，可以判斷出(411-JB)軸承破裂的原因為泵長時間在小流量下運行，并使得部分堿液氣化，泵干轉(zhuǎn)運行，使得轉(zhuǎn)子表面發(fā)紅。

2.2 軸承材質(zhì)的影響

該泵的軸承為滑動軸承，其材質(zhì)選用碳化硅，碳化硅屬于陶瓷，是以泥沙為主的SiO2，具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕、耐磨、耐高溫性能及硬度高、自潤滑性能好、抗高溫蠕變、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)點，其根據(jù)燒結(jié)方式的不同，可以分為高壓燒結(jié)、無壓燒結(jié)和反應(yīng)燒結(jié)三種，無壓燒結(jié)碳化硅以其高耐磨性和低摩擦系數(shù)的優(yōu)點，在屏蔽泵中得到廣泛應(yīng)用[2]。但碳化硅的硬度高，致使其沖擊韌性相對較低，在沖擊和振動工況下，軸承容易破裂。屏蔽泵在啟動或停止時會產(chǎn)生很大的軸向力。屏蔽泵運轉(zhuǎn)時，葉輪的前后蓋板所受壓力不平衡而產(chǎn)生軸向力，通過轉(zhuǎn)子作用在軸承上，同時由于軸承與軸套之間、轉(zhuǎn)子與定子間隙存在焦油和固體顆粒物，使軸承與軸套、轉(zhuǎn)子與定子粘結(jié)在一起，因此啟動時，受到的軸向力超過設(shè)計允許的軸向力，使得軸套破裂[3]。雖然碳化硅材質(zhì)具有化學(xué)腐蝕、耐磨、耐高溫性能及硬度高、自潤滑性能好、抗高溫蠕變、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)高等優(yōu)點諸多優(yōu)點[5]，但由于其沖擊韌性較低，在該工況下對于輸送的含有焦油及固體顆粒、PH值呈弱堿性的介質(zhì)，碳化硅材質(zhì)的軸承不能滿足的需求[6]。

3 處理措施

3.1 調(diào)整工藝系統(tǒng)

經(jīng)過現(xiàn)場分析，可以通過以下方法來確保工藝介質(zhì)的潔凈度及入口流量：

(1) 調(diào)整前系統(tǒng)的工況，盡量減少前系統(tǒng)帶來較多的焦油和固體顆粒。

(2) 改變塔底出口管線位置，從塔底側(cè)部將管線引出與泵的入口管線相連，使固體顆粒沉積在塔底部，同時將泵入口管線的尺寸由DN40的換為DN50的，保證泵的入口流量。

(3) 在泵的循環(huán)管線上增加過濾器，同時要確保增加過濾器后潤滑和冷卻液的流量。

3.2 更換軸承材質(zhì)

石墨材料可以通過浸漬樹脂來提高材料的物理、機械性能，由于軸承的基體為石墨，就決定了軸承具有一定的自潤滑性能，較小的摩擦系數(shù)，石墨軸承通過壓制而成，浸漬樹脂后，形成微孔性結(jié)構(gòu)，提高了軸承的抗沖擊韌性和抗折性。因此可以將軸承材質(zhì)更換為浸漬石墨材質(zhì)，以確保其抗沖擊韌性的能力[7]。

4 處理效果

通過調(diào)整工藝系統(tǒng)及更換塔底出口管線位置，使

得屏蔽泵入口過濾器的固體顆粒及焦油含量明顯降低，泵的入口流量遠大于設(shè)計的最小流量，使泵入口流量的調(diào)節(jié)范圍更廣；在泵循環(huán)管線上增加過濾器使泵的自潤滑介質(zhì)的潔凈度明顯提高，運行一段時間后，對泵拆解檢查，泵轉(zhuǎn)子與定子的劃痕明顯減少；更換軸承材料后，泵的啟動電流降低，運行過程中的振動減小。

5 結(jié) 語

屏蔽泵適用于輸送易燃、易爆、具有劇毒的所有化工液體，但輸送介質(zhì)必須干凈，這樣才能夠保證泵的正常運行。通過以上改造措施，目前泵運行工況良好，能夠保證裝置的正常運行，同時提高了軸承的使用壽命，較少了備品備件的采購周期。確保試驗的順利進行。