鄭 軍
(中國石化齊魯分公司第二化肥廠,山東淄博 255400)
中國石化齊魯分公司第二化肥廠煤氣化裝置中的重要機泵——高壓灰水泵,采用沈陽水泵廠有限責任公司生產的多級離心泵,型號為HFDF200-115×7,2開1備。
自裝置開車以來故障頻發(fā),筆者就3臺高壓灰水泵近年來出現的故障案例加以分析總結,以供參考。
水煤漿氣化裝置以煤和氧氣為氣化原料,采用美國GE公司水煤漿加壓氣化技術。水煤漿和氧氣經德士古燒嘴充分混合霧化后進入氣化爐的燃燒室,在6.5 MPa、約1 400℃條件下進行氣化反應,生成以CO和H2為有效成分的粗合成氣。高壓灰水泵P1403-1/2/3是合成氣冷卻及碳黑洗滌工藝單元中的重要機泵,主要用來控制洗滌塔液位。
機組定子部分采用徑向剖分節(jié)段式多級離心泵,主要由軸承、吸入段部件、中段、導葉、吐出段部件、托架等零件組成。
轉子部分由泵軸、七級葉輪、平衡鼓等零件組成。整個轉子是由兩端的滑動軸承來支承,采用平衡鼓加止推軸承來平衡軸向力,軸承潤滑采用油站強制潤滑,機械密封。
高壓灰水泵主要技術性能指標見表1。
表1 高壓灰水泵技術性能指標
12月18日12:30,高壓灰水泵P1403-1突然跳車,總控發(fā)現后,現場檢查盤不動車,電機無法啟動,緊急啟動備用泵P1403-3。經設備技術員檢查后,決定更換備用泵頭。12月19日17:00,更換完畢,試車備用,停開車歷時28.5 h。
2.1.1 原因分析
事故泵拆卸大修時發(fā)現泵軸彎曲達0.11 mm,葉輪、殼體口環(huán)磨損嚴重。分析認為泵軸彎曲過大,以及動靜部件摩擦造成負荷過載是此次跳車事故的主要原因。此前振動值長期運行在6~7 mm/s的報警狀態(tài),導致葉輪與導葉口環(huán)摩擦,泵軸受力彎曲[1]。同時,由于含料漿介質長期運行,造成入口管線堵塞,入口壓力低,頻繁抽空導致振動大。此外,還可能存在泵軸制造時熱處理質量差、轉子沖刷失衡等情況。
2.1.2 處理措施
嚴格控制備件質量,疏通堵塞管線;提高檢修質量,及時更換沖刷嚴重的襯板、導葉、葉輪等零部件,并做好轉子動平衡。要注意量能差異大的2臺泵同時運行時的搶量問題。并聯的2臺泵同時運行,共用1個入口管網,因為介質會首先滿足打量好的泵的入口所需,造成量能差的泵的入口短時抽空,引起振動。葉輪口環(huán)與殼體口環(huán)間隙大、平衡鼓與套間隙大是此種現象的主要原因,發(fā)現電流下降過大、流量不足時,應及時更換間隙超差部件。
7月5日9:00,因高壓灰水泵P1403-1自由端機械密封泄漏,啟動備泵P1403-2。倒泵后設備技術員發(fā)現:自由端軸承箱回油視鏡中沒有流動跡象,并且軸承箱溫度偏高,判斷進油管孔板堵塞。此時總控DCS也發(fā)出自由端軸承箱超溫報警,現場隨即倒回P1403-1,并對P1403-2進行檢查處理。打開軸承箱發(fā)現:軸瓦燒損,軸頸局部有磨痕,油系統管線內油泥過多堵塞流道。連夜修理,于次日8:30開車運行,停開車歷時23.5 h。
2.2.1 原因分析
設備原因:機械密封沖洗水帶有泥垢,當機械密封泄漏時,泥垢沖進軸承箱,造成油路堵塞;之前更換機械密封時沒有清理軸承箱,造成油垢積存;油冷器泄漏造成油中帶水[2]。
工藝原因:開泵前沒有按操作規(guī)程檢查油系統運行情況,未觀察視鏡,沒有及時發(fā)現油路不通,造成聯軸節(jié)側徑向軸瓦燒損、軸頸磨損。
2.2.2 處理措施
緊急倒泵,更換軸瓦,修復軸頸,疏通油管,清理油泥;督促維保單位及時處理機械密封泄漏,增設擋水環(huán),防止泄漏液沖入軸承箱;嚴格按操作規(guī)程開停機泵,對進行處理的班組進行考核。
10月30日13:02,大量機泵電流開始出現較大幅度波動。13:15,氣化裝置所有機泵全部停運,氣化爐雙爐聯鎖停車。班組迅速通知車間及廠調度,車間立即組織停車處理。為防止泵倒轉,現場立即關閉高壓灰水泵、激冷水泵、高壓冷凝液泵等8臺泵的出口閥、暖泵線、回流閥。由于現場大多是高壓閥門,且這些閥門在結垢的情況下關閉時間較長,高壓灰水泵潤滑油泵P1403-OA自停、P1403-1/2倒轉,現場軸承座冒出黑煙并伴有刺鼻性氣味。事后查詢DCS趨勢發(fā)現軸瓦溫度從正常的52 ℃快速增加到滿量程(200 ℃)?,F場操作工盤不動車,確定了兩端軸承抱死的情況。當日14:30,開始搶修P1403-1,施工人員拆解聯軸器后發(fā)現電機、泵兩側均盤不動車。經過拆解發(fā)現止推軸承、止推盤嚴重燒毀,徑向軸承出現較嚴重燒毀。由于止推盤無備件,車間決定更換備用泵頭,電機更換備用電機。10月31日7:00,P1403-1電機安裝完成并進行了單機試車,14:00開車運行,停開車歷時25 h。
10月30日15:00,P1403-2開始搶修,發(fā)現止推端及自由端軸承燒損嚴重,止推盤主摩擦面磨損嚴重。止推盤修復主工作面,將其磨去0.76 mm厚度,并更換止推瓦塊及兩端徑向瓦,加厚止推調整墊,調整止推間隙為0.52 mm,更換聯軸節(jié)側機械密封。10月31日5:00,P1403-2具備運行條件。后發(fā)現出口單向閥關不嚴,下線檢修發(fā)現閥板與搖臂固定螺栓松動,導致開關不到位。電機出廠檢修,于11月6日6:30安裝到位,試泵并倒泵運行,停開車歷時159.5 h。
2.3.1 原因分析
因外供油油泵停,導致慣性運轉時干磨,軸瓦溫度急劇升高,軸瓦燒損;出口單向閥關閉不嚴,導致泵倒轉,加劇軸瓦燒損,導致泵轉子徑向及軸向跳動并通過聯軸節(jié)作用于電機軸承,造成電機抱軸故障。
2.3.2 處理措施
定期檢查出口單向閥,防止機泵倒轉。對存停泵時倒轉的泵,增加單向閥檢修頻次,并增加事故備件的儲備。根據事故的教訓和處理經驗,進一步完善和優(yōu)化同類事故應急預案,并進行必要拓展。
2009年1月投用時存在P1403-1電機振動大的問題。2013年1月電機地腳加膠皮,在電機振動值為5~6 mm/s條件下運行3年。2018—2019年因電機振動大的問題,多次處理未果,后期通過對電機地腳進行改善,電機振動保持在3 mm/s;2019年1月26日泵體整體更新,電機振動最高達5.7 mm/s。2019年2月15日對設備振動進行監(jiān)測,電機存在軟腳問題,停泵后進行處理,電機振動有所改觀,但泵的振動值有上升,聯軸器側比較明顯,振動值由3.9 mm/s增加到4.7 mm/s。泵及電機振動值都超過5 mm/s。2019年5月通過專業(yè)人員找平,找出電機4個角不同的高度后重新加工墊片,把電機4個支腿全部墊實,處理懸空腳。試車時,電機振動值最大為1.7 mm/s,至此電機振動基本解決,但泵振動增大。
2.4.1 原因分析
介質存在汽蝕現象,泵體材料存在沖刷現象,電機地腳存在軟腳或電機底座變形現象[3]。管道應力明顯,會造成設備移位、變型,影響各部間隙配合。設備基礎下沉,基礎剛度不足。轉子存在整軸系不平衡。
2.4.2 處理措施
針對P1403-1振動間歇性偏大的現象,車間改變泵出口流量并監(jiān)測其對泵的電流及振動影響,測量數據見表2。
表2 流量、電流、振動值變化
通過表2可以看出:改變泵的出口流量,泵電流略有增加,但振動值未見明顯的異常變化。
在工藝條件允許下,降低除氧器溫度(工作溫度和設計溫度分別為108 ℃和160 ℃)或提高壓力(工作壓力和設計壓力分別為0.036 MPa和0.5 MPa)。利用檢修或消缺的機會檢查入口管線、過濾網。濾網外側支撐的孔徑為6 mm,內部采用4.5 mm方形鋼網作為濾芯,約為5目。穩(wěn)定流量,在每臺泵的出口增加流量計,目前僅有單臺泵電流顯示和2臺泵總流量顯示。
2月4日上午8:35,P1403-3總控DCS出現電流高報警,隨即跳車。緊急啟動備泵P1403-1。經現場操作工確認,P1403-3驅動端聯軸節(jié)盤不動,非驅動端盤車靈活,判斷泵軸斷裂,切出檢修。緊急更換備用泵頭,進行找正、動火配管等措施,2月5日20:07啟動運行,停開車歷時35.5 h。
2.5.1 原因分析
原因一:日常記錄振動最大值為7.8 mm/s,懷疑介質中硬顆粒多,造成動靜部件磨損,軸出現裂紋;當口環(huán)磨損,間隙變大后,振動值下降;隨著裂紋的擴展,振動值又上升,直到斷裂,見圖1和圖2[4]。
圖1 斷軸
圖2 斷面
原因二:據統計3臺泵10年來開停頻繁,已達105次,泵軸受交變載荷產生疲勞裂紋,最終斷軸,引起兩端機械密封泄漏、泵體及電機振動大等問題。
2.5.2 處理措施
解體事故泵頭后發(fā)現泵軸從平衡鼓外側斷裂。首級葉輪吸入側口環(huán)斷裂成3瓣,其他葉輪、殼體口環(huán)不同程度磨損,平衡鼓、套磨損間隙超差。為此進行大修處理,更換磨損件,改變平衡鼓、平衡套尺寸。
2月5日下午,P1403-2非驅動端機械密封突然嚴重泄漏,此時P1403-3因斷軸正在搶修,于當晚20:27倒泵,P1403-2切出檢修,更換非驅動側機械密封,于2月6日11:00啟動運行,停開車歷時14.5 h。
2.6.1 原因分析
機械密封沖洗水問題。從近幾次機封泄漏看,存在干磨及高溫跡象,此次動靜環(huán)碎裂、靜環(huán)輔助密封圈黏化。機封沖洗水總管設計壓力為1.6 MPa,泵兩端壓力表顯示為1.0 MPa左右,平衡管壓力為0.7 MPa左右。理論上注入沒問題,但實際上存在壓力波動問題。2月11日總管壓力即降為1.28 MPa。運行中也多次發(fā)現沖洗管線溫度高以及介質水反沖現象。
非驅動端機械密封泄漏及更換次數,明顯高于驅動端。非驅動端靠近泵出口,不排除因葉輪、導葉、中體口環(huán)磨損,間隙增大,密封水只注入一側,導致機械密封的密封面受力不均而偏磨的可能。
2.6.2 處理措施
機械密封沖洗水加裝流量計,沖洗管加閥門分別控制;改造機械密封結構形式;嚴格控制沖洗壓力高于平衡管壓力0.1 MPa以上;設法提高沖洗水壓力,例如減少其它設備脫鹽水的用量,從而保證壓力的穩(wěn)定。
高壓灰水泵自2008年10月裝置開車以來,故障頻發(fā),經連續(xù)技術攻關,近幾年停車故障明顯減少,但又出現了振動大的問題。通過對故障案例分析,結果發(fā)現:只要備件及檢修質量控制好,做好預知維修工作,嚴格執(zhí)行操作及檢修規(guī)程,就能避免故障的發(fā)生。對高壓灰水泵存在的問題,將繼續(xù)組織技術攻關,保證設備長周期安全運行。