陳巖

（中國石油大慶石化公司,黑龍江 大慶 163714）

0 引言

屏蔽泵是一種無泄漏泵，由于其無機封和軸承箱，電動機與泵采用一體化結構設計，泵軸完全封閉在屏蔽套內，變動密封為靜密封，全部的靜密封使得屏蔽泵完全無泄漏。在石油化工生產裝置中屏蔽泵適合于輸送易燃、易爆、易揮發(fā)、有毒、有腐蝕的流體介質，徹底解決了化工生產過程中容易出現(xiàn)的“跑、冒、滴、漏”問題，使得生產過程較為安全環(huán)保，因此被廣泛應用于各類石油化工生產裝置，尤其是生產裝置中輸送易燃易爆流體介質的場所。某石化公司裂解汽油加氫裝置在設計階段及泵選型過程中，充分考慮到介質內含有苯、汽油等有毒有害物質，采用無泄漏泵可以很大程度上避免此類物質泄漏造成的影響，因此主流程泵全部選用由大連梯克公司生產的屏蔽泵，其中一反循環(huán)液泵由于操作溫度、壓力較高（101 ℃，5.5 MPa）選用的是高溫外循環(huán)型屏蔽泵，此泵在生產過程中發(fā)生多次損壞情況，本文對出現(xiàn)的故障進行了詳細分析，提出合理的改進措施和維護要求，有效地保障了屏蔽泵的長周期穩(wěn)定運行，提高了生產效率。

1 高溫屏蔽泵的結構簡介

與普通屏蔽泵相比，高溫屏蔽泵最大特點為高溫屏蔽泵設立了獨立的循環(huán)冷卻系統(tǒng)，利用此系統(tǒng)內的冷卻器保障電動機與滑動軸承在運行過程中產生的熱量能及時被公用工程系統(tǒng)提供的冷卻水吸收、帶走并通過涼水塔將熱量散發(fā)出去。根據運行時溫度的高低不同，泵本體分成兩大部分，即高溫部分與低溫部分。如圖1所示，泵體與電動機定子通過中間體連接，葉輪與泵體組成“高溫腔”，副葉輪、熱交換器與電動機組成“低溫腔”，高低溫兩腔的溫度不同，流通的介質相同?！案邷厍弧笨恐魅~輪將工作介質從泵的入口經葉輪輸送到泵的出口;“低溫腔”靠副葉輪進行循環(huán)[1]。

圖1 泵循環(huán)冷卻系統(tǒng)剖面圖

2 加氫裝置高溫屏蔽泵的故障分析

2.1 泵的故障表現(xiàn)

車間技術人員在生產裝置日常巡檢過程中發(fā)現(xiàn)反應循環(huán)液A泵后側壓蓋處有汽油呈小股噴出，現(xiàn)場有毒氣報警器報警，機泵振值較高且有異響，隨機通知操作人員到現(xiàn)場進行處置，組織操作人員進行機泵切換，并對A泵進行倒空、氮氣置換等操作，隨后交由動設備檢維修人員進行解體檢修，同時聯(lián)系電氣專業(yè)人員對該泵電動機線圈進行絕緣測試，發(fā)現(xiàn)對地阻值為零，結果為測試未通過，說明電動機線圈已損壞，根據屏蔽泵結構可以初步判斷泵輸送的介質已經進入到線圈內，致使線圈損壞，而介質一旦進入到線圈就說明用于封閉介質的定子屏蔽套已經出現(xiàn)泄漏。

經解體發(fā)現(xiàn)以下情況：泵定子線圈接線端子處存有介質，絕緣層橡膠失效金屬線裸露在外，如圖2所示；轉子兩側碳化硅軸承、金屬軸套磨損嚴重，碳化硅軸承碎裂，推力盤推力片（非金屬）斷裂,如圖3所示。定子屏蔽套存在磨損裂紋，非驅動側磨損嚴重，與之對應的轉子屏蔽套同樣存在嚴重磨損痕跡，葉輪及副葉輪無明顯磨損，如圖4所示?；瑒虞S承組件中的支撐軸承發(fā)生碎裂，如圖5所示。在副葉輪入口及前蓋板表面有大面積坑點狀情況,初步認為存在汽蝕現(xiàn)象，如圖6所示。

圖2 絕緣層橡膠失效金屬線裸露在外

圖3 滑動軸承組件（推力盤）斷裂

圖4 定子屏蔽套產生裂紋

圖5 滑動軸承組件（支撐軸承）碎裂

2.2 屏蔽泵故障原因分析

由圖6可以看出，副葉輪入口及前蓋板存在輕微汽蝕，證明此處介質存在極其微量汽化的可能性，由于根據泵的結構原理可以得出此處壓力高于泵入口壓力，按照飽和蒸氣壓定義可以推斷出，此處理論上沒有存在介質汽化的可能，那么此處氣體有可能為經過一段反應器加氫后介質內存在過量的氫氣，這部分氫氣隨著壓力及溫度的變化緩慢析出。析出的氫氣進入低溫腔，由于低溫腔介質獨立循環(huán)，氫氣會隨著介質在腔內循環(huán)并不斷累積，無法排出，長時間運行會導致軸承潤滑不良造成軸承損壞。下面對屏蔽泵發(fā)生故障的原因進行具體分析。

圖6 副葉輪前蓋板表面有氣蝕

2.2.1 排除泵缺少介質引起的故障

在生產過程中，工藝操作方面對高溫屏蔽泵運轉影響的最大因素是缺少相應的潤滑介質，而潤滑介質就是泵所輸送的介質，泵用輸送的介質對電動機和軸承高速運轉產生的高溫進行冷卻潤滑，一旦出現(xiàn)缺液現(xiàn)象，將直接造成軸承的溫度過高和過度磨損，甚至造成屏蔽套的泄漏[2]。而造成缺液現(xiàn)象的原因主要有以下兩種：

1）機泵入口過濾器發(fā)生堵塞或者供料不足。而這種情況從工藝流程上可以直接否定，因為在裝置正常運行時泵入口緩沖罐為滿液位操作，而且在泵損壞后清理入口過濾網發(fā)現(xiàn)內部無任何雜質。

2）泵體內介質存在汽化現(xiàn)象。在裝置設計之初設計人員就根據介質的性質、工況等考慮選擇哪種構造的泵，避免介質在泵體內汽化是所要考慮的主要情況，并且不論是從介質溫度還是壓力都未達到額定參數，加之泵出口流量一直非常穩(wěn)定。因此，在正常情況下，介質不會在泵體內汽化[3]。

2.2.2 低溫腔循環(huán)流程通暢

如圖1所示，低溫腔內介質經副葉輪增壓后分別經過前滑動軸承組件、轉子定子屏蔽套之間、后滑動軸承組件，然后經過自身冷卻器與循環(huán)水換熱冷卻后進入泵內參與循環(huán)。循環(huán)過程中介質作為泵體電動機的冷卻和滑動軸承自身潤滑使用。

現(xiàn)場對冷卻器出入口及泵外側相關各管線進行檢查，未發(fā)現(xiàn)堵塞節(jié)流現(xiàn)象，所有管路通暢（另外泵體軸承部位測溫點均為50 ℃左右），可排除內外循環(huán)管路堵塞造成的潤滑不良的情況。

2.2.3 介質溶解度的變化引起氣體的積聚

該泵輸送的介質——反循環(huán)油主要由加氫汽油及加氫反應過剩氫氣組成，在壓力與溫度一定的情況下介質形態(tài)為液態(tài)，與其它液體介質類似，一旦溫度或壓力發(fā)生改變，氣體在介質內的溶解度隨即發(fā)生改變，如圖7所示，氣體的溶解度隨著溫度是升高而減少，隨著壓力的升高而增加。

圖7 氣體在液體內溶解度曲線示意圖

結合此高溫屏蔽泵的結構可知，介質由高溫腔流向低溫腔時需要經過連接體內的流道，而兩腔之間的流道為圓形的限流孔，通過限流孔進入副葉輪前的介質會在瞬間發(fā)生壓力降低的情況，介質經副葉輪后進入到滑動軸承組件及定子、轉子屏蔽套之間的間隙進行潤滑與降溫，使得介質的溫度進一步升高。經過上述過程后介質內的氣體將有少量的析出并與介質一同在低溫腔內進行循環(huán)，長周期運行后低溫腔內的氣體會逐漸累積。而累積的氣體將隨著介質在低溫腔內進行循環(huán)，這樣在流經軸承間隙時就會使軸承部分位置產生缺液的情況，軸承也就會產生部分磨損，隨著時間的推移，軸承的磨損程度將隨之加大，由損壞程度可以看出非驅動端軸承磨損較為嚴重，而非驅動端軸承損壞后將破壞泵原有的軸向力平衡，造成向前的軸向力增大，潤滑的液膜會被破壞，導致前軸承推力盤磨斷，當磨損進一步加劇，磨損產生的顆粒物進入到屏蔽套間隙內，造成屏蔽套損壞，阻礙了潤滑介質的流通通道，致使徑向軸承與軸套磨損加劇，一旦發(fā)生軸承磨損，如果沒有及時發(fā)現(xiàn)和采取防磨損措施，將會造成機泵很快損壞[4]。

3 改進措施

3.1 增加氣體排放線，防止氣體聚集

此次泵損壞主要原因為輸送介質內有氣體析出，而從工藝方面無法進行改進，唯有將介質內析出的氣體及時排出，防止析出的氣體大量集聚，進而降低軸承缺液的概率才能保障泵的長周期運行，由于從目前分析可以得出介質內氣體的析出量比較少，在低溫腔內積聚成大量氣體的時間也會需要很長，因此定期進行人工排氣也是保證泵長周期運行的手段之一，目前現(xiàn)場已經在低溫腔的冷卻器高點排放處配置了一條固定排放管線，規(guī)定操作人員每3個月進行一次排氣操作，這樣可以最大程度上防止氣體的聚集，同時為防止在排氣過程中對泵運行時的軸向力產生影響，故在管路上增加限流孔板以控制排放過程中的流量。

3.2 增加軸向力在線監(jiān)測器

本次故障未能及時發(fā)現(xiàn)的原因之一就在于沒有足夠有效的手段來提前預判軸承的磨損程度，泵體振速及溫度都無法直觀反映出泵在故障發(fā)生前的狀態(tài)，因此在泵內部增加可以檢測軸向力的監(jiān)測器，如安裝機械式的軸承檢測器，該檢測器由感知危險的測量表頭和封入壓力的探頭構成，在泵運轉過程中，軸承發(fā)生異常磨損或轉子、定子屏蔽套發(fā)生腐蝕時探頭部分破損，封入的氣體放出，表頭的壓力下降，指針指向顯示危險的紅色指示帶。這樣就可以直觀地發(fā)現(xiàn)泵內部軸承存在的問題。

3.3 合理優(yōu)化此類型泵的日常操作

根據該屏蔽泵的運行特點及故障特點需注意以下幾點：一是嚴禁灌泵不合格啟泵，并使泵體溫度和輸送介質溫度接近，高溫泵灌泵需要一段時間，開車前需點動排氣，保證灌泵充分；二是嚴禁輸送介質溫度超過允許的最高工作溫度值，泵體溫度超標時，應停車檢查，要充分考慮液體的氣化程度大小，否則作為冷卻循環(huán)的那部分液體一旦氣化，會形成氣堵，導致冷卻效果變差而損壞軸承及其它部件[5]。

3.4 屏蔽泵在使用過程中日常維護的標準要求

在生產過程中，要加強屏蔽泵的日常維護，按照設備維護手冊進行日常維護：1）在設備日常維護中要做到屏蔽泵設備標牌清晰，屏蔽泵泵體表面沒有雜物、灰塵、油垢等，保持屏蔽泵周圍環(huán)境清潔干凈。2）要仔細查看屏蔽泵上面TRG表的指示值，確定其是否在工作允許范圍內。3）在日常巡檢過程中要檢查屏蔽泵有無異常振動情況，有無異常聲音，發(fā)現(xiàn)異常振動問題要立即上報設備管理部門。4）在巡檢過程中，要按時檢查流量、壓力和各部位的溫度是否正常，有無異常指示和劇烈波動，并將各參數值做好檢查記錄，做好日常數據的對比分析。5）檢查屏蔽泵冷卻系統(tǒng)管路和液體循環(huán)管路，確定管路是否暢通，有無管路堵塞問題，確定其是否達到設計的使用要求。循環(huán)管對電動機冷卻有著非常重要的作用，并輸送液體對軸承進行潤滑與冷卻。6）要經常檢查各緊固部位的螺栓，確定其是否有松動現(xiàn)象，及時進行緊固加固，避免螺栓松動后產生振動故障問題。7）巡檢中要注意檢查屏蔽泵各個密封部位有無存在“跑、冒、滴、漏”的泄漏情況。

4 結語

通過對裂解汽油加氫裝置中高溫屏蔽泵損壞故障的分析，綜合生產裝置影響因素，找到了高溫屏蔽泵發(fā)片故障的具體原因，最終提出了相應的改進措施和維護要求。通過采取合理優(yōu)化高溫屏蔽泵的日常操作和改進措施，降低了高溫屏蔽泵生產運行的故障率，提高了高溫屏蔽泵的生產效率，保證了生產過程中高溫屏蔽泵維持長周期運行狀態(tài)，減少了檢維修費用和降低生產成本，確保加氫裝置的安全平穩(wěn)運行[6]。