劉 園 ， 嚴(yán)冠豪 ， 鄭明科 ， 郭 云

(中國石化 洛陽分公司 ， 河南 洛陽 471012)

0 前言

隨著國家對安全環(huán)保的要求越來越高，屏蔽泵作為一種無泄漏泵，在煉油化工裝置的應(yīng)用會越來越多。屏蔽泵是離心泵和三相交流電機(jī)的結(jié)合體，是一種無密封泵。相比普通離心泵，屏蔽泵去除了旋轉(zhuǎn)軸密封裝置，也不需要添加潤滑液，非常適合輸送易燃、易爆、有毒、有害、易揮發(fā)和貴重的液體。以下結(jié)合洛陽石化烷基化裝置屏蔽泵使用狀況，和大家探討及分析優(yōu)化屏蔽泵的運(yùn)行狀況。

1 屏蔽泵的結(jié)構(gòu)原理及性能特點(diǎn)

1.1 結(jié)構(gòu)原理

屏蔽泵和離心泵的工作原理相似，不同之處在于電機(jī)轉(zhuǎn)子和葉輪在一根軸上固定，并使用屏蔽套將電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子隔開。最大特點(diǎn)是可將泵內(nèi)的介質(zhì)與外界相隔開，泵外部采用靜密封。其中定子和轉(zhuǎn)子屏蔽套經(jīng)密封焊接后，電機(jī)鐵芯、繞組不接觸介質(zhì)，例如液態(tài)烴、酸等；而且軸承能夠依靠泵內(nèi)介質(zhì)實(shí)現(xiàn)潤滑效果?；拘推帘伪玫慕Y(jié)構(gòu)簡圖見圖1。

1.2 性能特點(diǎn)

屏蔽泵的優(yōu)點(diǎn)：①無動密封可以實(shí)現(xiàn)無泄漏狀態(tài)，可以用來輸送易燃易爆、有毒有害、強(qiáng)腐蝕性液體；②正常負(fù)壓狀態(tài)下，不會從外界吸入空氣，滿足真空運(yùn)行系統(tǒng)；③無需從外界加入潤滑液，在自潤滑體系下，摩擦系數(shù)顯著減小，且不需要冷卻風(fēng)扇，運(yùn)行噪音小；④結(jié)構(gòu)緊湊，體積小。

屏蔽泵缺點(diǎn)：①使用滑動軸承，不適宜輸送固體顆粒多、自潤滑性能差的液體；②相比于普通離心泵效率偏低；③在小流量狀態(tài)下運(yùn)行，很短時(shí)間內(nèi)軸承就會損壞；④軸承在殼體內(nèi)部，難以發(fā)現(xiàn)磨損情況；⑤電機(jī)和泵一體在密封容器內(nèi)，轉(zhuǎn)向無法直觀判斷；⑥電機(jī)屏蔽套價(jià)格貴且受介質(zhì)溫度影響大。

2 洛陽石化烷基化裝置屏蔽泵應(yīng)用現(xiàn)狀

洛陽石化20萬t/a烷基化裝置共使用安徽合肥新滬廠家16個位號，32臺屏蔽泵，其中輸送液態(tài)烴10臺(P-102A/B、P-204A/B、P-305A/B、P-306A/B和P-307A/B)；輸送酸的有10臺(P-207A/B、P-301A/B、P-308A/B、P-315A/B和P-316A/B)；輸送酸/烴混合物的有2臺(P-203A/B)；輸送堿的有8臺(P-302A/B、P-310A/B、P-317A/B、P-318A/B)；輸送廢油(或廢酸)的有2臺(P-309A/B)。共配有6種不同型式結(jié)構(gòu)的泵，其中SV型18臺(基本型，如P-301等泵)；ST型2臺(如P-307帶副葉輪、外置冷卻器，副葉輪在后端)；SF型2臺(如P-207，帶副葉片、外沖洗、外置冷卻器，副葉輪在前端)；SN型4臺(逆向循環(huán)型屏蔽泵，如P-102等)；SN-M型2臺(多級、臥式，如P-203)；HW-M型4臺 (多級、立式, 如 p-204)。

新滬屏蔽泵運(yùn)行優(yōu)勢主要有：①帶有軸承監(jiān)測儀表，軸位移檢測及軸承徑向磨損檢測，對滑動軸承及推力盤的故障，能夠第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)；②帶有電機(jī)轉(zhuǎn)向監(jiān)測，能夠直觀反映電機(jī)轉(zhuǎn)向。

3 屏蔽泵在裝置運(yùn)行過程中典型故障

①裝置開工初期，水聯(lián)運(yùn)單試機(jī)泵時(shí)輸送液態(tài)烴的5個位號(P-102A/B、P-204A/B、P-305A/B、P-306A/B和P-307A/B)，10臺屏蔽泵由于設(shè)計(jì)時(shí)輸送介質(zhì)相對密度偏小，無法進(jìn)行試運(yùn)(用水試電機(jī)電流，在小流量時(shí)已經(jīng)超過額定)。因?yàn)樗?lián)運(yùn)無法進(jìn)行單機(jī)試運(yùn)，留到裝置開工時(shí)運(yùn)行，風(fēng)險(xiǎn)較大。洛陽石化烷基化裝置開工時(shí)，出問題最多的也是這幾臺輸送液態(tài)烴屏蔽泵。

②屏蔽泵故障時(shí)具有突發(fā)性，難以做到預(yù)防。從泵的結(jié)構(gòu)上來看，運(yùn)行時(shí)若前后端滑動軸承及推力盤得不到有效潤滑，將很快損壞。表現(xiàn)在軸位移監(jiān)測顯示值超過報(bào)警值，打開殼體檢查發(fā)現(xiàn)軸承碎裂。要求此屏蔽泵開車時(shí)需要操作工在現(xiàn)場跟蹤運(yùn)行狀況，開工初期管道內(nèi)雜質(zhì)太多，也易造成泵前過濾器堵塞，泵抽空。這時(shí)需要及時(shí)停泵，不然在很短時(shí)間內(nèi)屏蔽泵滑動軸承將損壞，甚至造成葉輪、屏蔽套磨損，對維修造成很大不便。

③運(yùn)行區(qū)間窄。廠家要求此屏蔽泵實(shí)際運(yùn)行區(qū)間為70%～100%的正常流量，而大多數(shù)泵要求的允許工作區(qū)在30%～120%，優(yōu)先工作區(qū)在70%～100%。開工時(shí)為達(dá)到屏蔽泵的運(yùn)行區(qū)間，部分設(shè)置了最小流量線，就是從出口引一部分介質(zhì)回流至入口，以達(dá)到70%以上區(qū)間運(yùn)行，這就造成了泵效率降低，浪費(fèi)了部分能量來適應(yīng)泵的運(yùn)行。

④維修難度高。例如烷基化裝置P204A開工初期出現(xiàn)電機(jī)定子與轉(zhuǎn)子屏蔽套磨損的情況，現(xiàn)場無維修條件及手段，必須返廠進(jìn)行維修，用時(shí)較長。并且裝置開工單泵運(yùn)行，風(fēng)險(xiǎn)高，B泵若出現(xiàn)問題裝置就必須停工。

⑤新滬屏蔽泵軸位移監(jiān)測故障率高。軸位移監(jiān)測是監(jiān)護(hù)泵運(yùn)行的關(guān)鍵儀表，運(yùn)行過程中烷基化裝置中曾出現(xiàn)4臺次軸位移監(jiān)測故障，其中P305A運(yùn)行過程中軸位移監(jiān)測數(shù)據(jù)從2.32突變?yōu)?5.42，超過報(bào)警值±3.74，但是泵的運(yùn)行狀態(tài)沒有變化，電流、流量出口壓力都正常，初步懷疑軸位移監(jiān)測的探頭脫落，造成此后果。從其余幾臺故障位拆解來看，軸上探頭安裝過于簡單，采用鍵連接用頂絲固定的模式，振動大極易松脫，引起軸位移監(jiān)測不準(zhǔn)，對泵運(yùn)行狀態(tài)造成誤判。

⑥有3個位號(P102、P203、P207)屏蔽泵設(shè)計(jì)存在問題，開工前進(jìn)行了處理，P102在兄弟單位出現(xiàn)軸位移監(jiān)測顯示值由正值到負(fù)值往復(fù)變化，顯示軸在往復(fù)竄動，竄動幅度：-1.8～+3.5 mm。解體發(fā)現(xiàn)泵端推力盤表面呈熱崩狀態(tài)，后端推力軸承磨損裂。初步判斷后蓋板力太大，后來要求廠家復(fù)核計(jì)算發(fā)現(xiàn)葉輪平衡孔偏小，擴(kuò)大平衡孔處理。P203滑動軸承以及輔軸承材質(zhì)由SiC改為PEK材質(zhì)，耐磨性能增加。P207增加外沖洗計(jì)量泵，軸承材質(zhì)由SiC改為石墨材質(zhì)，保證滑動軸承的潤滑性能。

4 屏蔽泵優(yōu)化運(yùn)行措施

①啟動前準(zhǔn)備工作做好。屏蔽泵運(yùn)行前必須灌泵、排氣，讓泵內(nèi)充滿液體介質(zhì)和管路排氣后，方可啟泵運(yùn)行。如果管路和泵內(nèi)部沒有充滿液體時(shí)運(yùn)轉(zhuǎn)，就會加劇軸承磨損。SV型泵灌泵和離心泵基本相同，SN/HW型泵后端逆循環(huán)閥打開，ST高溫分離型泵換熱器需要排氣，對于SF型泵(P207AB)則需要先把外沖洗計(jì)量泵開啟后方可運(yùn)行。這幾種泵都需要通電后啟動泵5 s觀察電機(jī)轉(zhuǎn)向指示是否在綠區(qū)，判定正反轉(zhuǎn)后才可正常運(yùn)行。

②嚴(yán)格控制電流、流量參數(shù)。結(jié)合屏蔽泵的設(shè)計(jì)數(shù)值，計(jì)算出最低流量值，要求在70%以上流量運(yùn)行。按照出廠說明書要求，在正常流量30%～110%允許工作區(qū)應(yīng)該能長周期運(yùn)行，但實(shí)際運(yùn)行過程中要求在70%～100%優(yōu)先工作區(qū)運(yùn)行，低于70%運(yùn)行極易造成軸向力不平衡，滑動軸承和推力盤因未形成有效潤滑膜而出現(xiàn)磨損，表現(xiàn)在軸位移監(jiān)測上就是數(shù)值變化快且范圍大。高于100%運(yùn)行會造成過電機(jī)過電流跳停。啟動屏蔽泵初期，最小流量線應(yīng)及時(shí)調(diào)整，保證在優(yōu)先工作區(qū)運(yùn)行。

③規(guī)范操作流程。要安排專業(yè)人員對屏蔽泵的運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)控，泵運(yùn)行初期有必要安排專人監(jiān)護(hù)屏蔽泵的運(yùn)行，一旦發(fā)現(xiàn)屏蔽泵出口壓力變化較大，軸位移變化大或者超過報(bào)警值，要及時(shí)停泵，避免抽空現(xiàn)象發(fā)生。此外對于SN/HW型泵要檢查逆循環(huán)線溫度，記錄溫度變化情況，若溫度變化明顯，要及時(shí)檢查防止堵塞情況發(fā)生，保證泵內(nèi)熱量能夠順利帶走。

④裝置開工初期要經(jīng)常切換備用泵運(yùn)行，及時(shí)清理泵前過濾器，保證入口管線的通暢。正常運(yùn)行后，比較離心泵切換，屏蔽泵的切換建議頻率小點(diǎn)。由于啟動期間，屏蔽泵要達(dá)到正常運(yùn)行狀態(tài)需要一段時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)各部件產(chǎn)生的摩擦較大，SiC及石墨滑動軸承較滾動軸承耐沖擊性差。頻繁啟動會縮短屏蔽泵的使用壽命。

⑤屏蔽泵的日常維護(hù)相比較離心泵的有所區(qū)別。由于屏蔽泵采用滑動軸承且軸承外有厚厚的外殼包裹，檢測軸承振動值、溫度意義不大。對于屏蔽泵日常需檢查軸位移監(jiān)測表顯示值、軸承徑向磨損顯示、電機(jī)內(nèi)部泄漏監(jiān)測、逆循環(huán)線溫度、電機(jī)冷卻水運(yùn)行狀況以及關(guān)注出口壓力變化，如果發(fā)現(xiàn)非綠區(qū)或者異常狀況運(yùn)行應(yīng)及時(shí)停泵檢查。中控室需對屏蔽泵的電流及流量進(jìn)行監(jiān)控。

5 結(jié)語

屏蔽泵在烷基化裝置的應(yīng)用符合國家安全環(huán)保無泄漏的要求，對于操作人員涉酸泵采用屏蔽泵更安全。但屏蔽泵對于介質(zhì)和操作有較高的要求，在洛陽石化烷基化裝置屏蔽泵的使用有一定可借鑒性。輸送相對密度較大的泵(酸泵)，如果介質(zhì)變化小且入口較穩(wěn)定的情況，屏蔽泵運(yùn)行工況很好。輸送相對密度小的泵(烴泵)目前看來開工初期故障較多，建議烴泵開工初期采用離心泵，運(yùn)行正常后切換至屏蔽泵。