閆俊杰 吳慧軍

中國石化催化劑有限公司長嶺分公司 湖南岳陽 414000

1 故障情況

WFB立式自吸泵屬于離心式自吸泵,具有一次引流、終身自吸的優(yōu)點,無密封,故障率低,維護簡單。WFB立式自吸泵廣泛應用于石油化工、電子電力、冶金、食品、醫(yī)藥、環(huán)保、市政、凈水、國防軍工、紡織印染等行業(yè)。

某催化劑生產(chǎn)裝置兩臺WFB立式自吸泵一開一備,試車期間存在吸不上水量,運行時跳閘,過電流等故障。

筆者對WFB立式自吸泵工作中存在的以上問題進行分析,提出解決措施,同時對WFB立式自吸泵的選型與安裝提出建議。

2 自吸泵結(jié)構(gòu)

WFB立式自吸泵主要由電機、泵體、葉輪、副葉輪、泵軸、電磁閥等部分組成,泵體內(nèi)部由吸入室、儲液室、氣液分離室等組成。WFB立式自吸泵結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 WFB立式自吸泵結(jié)構(gòu)

3 自吸泵工作原理

WFB立式自吸泵首次啟動需灌泵,啟動后葉輪將吸入室所存留的液體及吸入管路中的空氣一起吸入。液體及氣體混合介質(zhì)在葉輪高速旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力作用下,經(jīng)導葉拋入氣液分離室。由于流速突然降低,氣體與液體的密度不同,較輕的氣體從混合液中分離出并被排出泵外。脫氣的液體重新進入工作腔,與葉輪內(nèi)部吸入管路中的空氣再次混合。在葉輪旋轉(zhuǎn)作用下,很快使泵體入口形成一定的真空度,從而達到自吸的目的。由于WFB立式自吸泵具有獨特的排氣功能,因此能輸送含有氣體的液體,并且不需要安裝底閥。當WFB立式自吸泵運行時,電磁閥關(guān)閉,實現(xiàn)密封。停泵后,電磁閥打開,破壞吸入管路真空,防止泵腔內(nèi)的液體因缸吸作用而從吸入管路流出,使泵腔內(nèi)始終保存足夠的液體來繼續(xù)完成自吸過程,從而實現(xiàn)一次引流,終身自吸的功能。

4 裝置基本情況

某催化劑生產(chǎn)裝置有兩臺WFB立式自吸泵,用于輸送洗滌塔噴淋水,型號為150WFB-BD1,流量為120～240 m3/h,揚程為50～80 m,電機功率為55 kW,轉(zhuǎn)速為2 900 r/min,額定電流為98.5 A,進出口管徑為DN80 mm。

WFB立式自吸泵為整體立式結(jié)構(gòu),采用軸垂直方向安裝,軸封不易泄漏。密封采用副葉輪密封,運行過程中密封裝置不磨擦,無磨損,使用壽命長,設(shè)備故障率低,維護簡單。WFB立式自吸泵同時還有占地小、噪聲低、振動小、拆卸簡便、易于安裝等優(yōu)點。但由于WFB立式自吸泵密封處與大氣相連,啟動時存在液體泄漏的情況,因此不適合輸送有毒有害介質(zhì)。

兩臺WFB立式自吸泵一開一備,進出口管線均變徑為DN150 mm?，F(xiàn)場兩臺WFB立式自吸泵入口共用一根吸入管線,管徑為DN150 mm。每臺WFB立式自吸泵入口處安裝一個DN150 mm閘閥。出口共用一根排液管線,管徑為DN150 mm。每臺WFB立式自吸泵出口處各安裝一個DN150 mm止回閥和DN150 mm閘閥。設(shè)備現(xiàn)場安裝情況如圖2所示。

圖2 設(shè)備現(xiàn)場安裝情況

5 吸不上水量原因分析

兩臺WFB立式自吸泵試車啟動10 min后仍吸不上水量,與廠家聯(lián)系,認為現(xiàn)場可能存在漏氣點,導致WFB立式自吸泵無法吸上水量。經(jīng)重新更換法蘭墊片,仍吸不上水量,試車工作無法進行。

筆者通過查閱相關(guān)資料,認為造成WFB立式自吸泵吸不上水量的原因主要有三方面。

(1) 入口管線由DN80 mm變徑為DN150 mm,自吸過程中需排除的空氣量大,自吸難度增大。通過查閱WFB立式自吸泵的使用說明書,其中要求WFB立式自吸泵入口嚴禁變徑。

(2) 兩臺WFB立式自吸泵共用一根吸入管線,吸入管線長度增加,彎頭增多,進一步加大了入口阻力,導致WFB立式自吸泵自吸難度加大。

(3) 每臺WFB立式自吸泵入口有一個DN150 mm閘閥,管線密封點增加,漏氣概率增加。當WFB立式自吸泵長期使用后,閥芯開始腐蝕磨損,備用WFB立式自吸泵的電磁閥始終打開,使管線始終處于進氣狀態(tài),WFB立式自吸泵啟動時無法達到自吸效果。通過查閱WFB立式自吸泵的使用說明書,其中建議WFB立式自吸泵入口盡量不安裝入口閥。

根據(jù)原因分析,對兩臺WFB立式自吸泵入口管線進行了重新配管,具體方法為每臺WFB立式自吸泵單獨使用一根DN80 mm入口管線,取消入口閘閥。重新配管后,取消了變徑、彎頭,減小了入口阻力,同時減少了密封點。

改造后兩臺WFB立式自吸泵試車均2 min內(nèi)就可以吸上水量,為后續(xù)試車工作提供了保障。

6 跳閘原因分析

解決了WFB立式自吸泵吸不上水量問題后,重新對兩臺WFB立式自吸泵進行試車,試車時發(fā)現(xiàn)無法滿足流量要求。WFB立式自吸泵正常運行時,流量要求為150 m3/h。實際試運行時,當流量達到100 m3/h,WFB立式自吸泵出口壓力為0.7 MPa,電機電流為96 A,基本達到了電機額定電流上限。進一步開大入口閥,當流量達到150 m3/h時,電機電流為162 A,遠超電機額定電流,WFB立式自吸泵運行不到1 min跳閘,無法滿足正常生產(chǎn)需要。

通過查閱設(shè)計資料,根據(jù)設(shè)計要求,WFB立式自吸泵設(shè)計功率為69.7 kW,實際運行功率為75 kW。設(shè)備廠家未按設(shè)計要求提供相應規(guī)格的自吸泵,是導致設(shè)備跳閘和過電流的主要原因。

根據(jù)設(shè)計資料,解決WFB立式自吸泵過載問題,最優(yōu)措施是增大電機功率。但增大電機功率需要電機重新制作并安裝,制作周期為150 d,同時設(shè)備基礎(chǔ)、進出口管線、電纜等都要重新布置,工作難度大、周期長。鑒于該催化劑生產(chǎn)裝置馬上要投料試生產(chǎn),根據(jù)測算,現(xiàn)場實際需要自吸泵揚程為45 m,低于設(shè)計的自吸泵揚程。通過計算,車削WFB立式自吸泵葉輪直徑以降低揚程,從而降低水泵運行功率,由此滿足生產(chǎn)需要。根據(jù)計算結(jié)果,先后對兩臺WFB立式自吸泵的葉輪各車削10 mm,車削后重新做葉輪靜平衡。

改造后,兩臺WFB立式自吸泵流量為150 m3/h時,壓力為0.4 MPa,電機電流為80 A,水泵揚程降低,設(shè)備能夠滿足生產(chǎn)需要。

7 安裝及試車

根據(jù)工程設(shè)計、現(xiàn)場安裝及試車情況,提出以下安裝及試車建議:

(1) 選型設(shè)計時應仔細核對自吸泵的有限氣蝕余量,以確定自吸泵的最大吸水高度,同時應核定自吸泵的功率能否滿足生產(chǎn)需要;

(2) 自吸泵入口管路應避免安裝底閥,底閥的局部阻力因數(shù)為10,會造成入口阻力增大,不利于水泵吸入液體,同時增加了漏氣點;

(3) 自吸泵入口管線不應變徑;

(4) 一開一備自吸泵入口管線應單獨設(shè)置,不能并聯(lián),并聯(lián)會增加彎頭數(shù)量、密封點、漏氣點,造成入口阻力增大,不利于水泵吸入液體;

(5) 入口管路彎頭應盡可能少,盡量控制在一兩個,彎頭越多,入口阻力損失越大,有效氣蝕余量降低,導致入口管路汽化;

(6) 工程設(shè)計時,往往會將自吸泵按普通離心泵設(shè)計,在入口處設(shè)計底閥、并聯(lián)使用、變徑等,這是錯誤的做法,應在設(shè)計時避免;

(7) 首次試車應充分灌泵;

(8) 冬季停泵后,必須將自吸泵腔體內(nèi)積液排干凈,避免凍壞設(shè)備。

8 結(jié)束語

筆者通過對某催化劑生產(chǎn)裝置兩臺WFB立式自吸泵試車時存在吸不上水量,運行時過電流跳閘故障的原因進行了分析,提出了改進建議。改進后,設(shè)備滿足生產(chǎn)要求,為催化劑生產(chǎn)裝置正常試生產(chǎn)提供了保障。同時,論述了自吸泵在設(shè)計、安裝時與普通離心泵的區(qū)別,在確保自吸泵選型設(shè)計正確的同時,對管道設(shè)計及安裝提出建議,為今后自吸泵的設(shè)計安裝提供了借鑒與參考。