高壓往復(fù)泵出口水擊原因分析及處理措施

康少華，亓仁東，梅 軍，李普芳

（中國(guó)石油廣西石化分公司，廣西 欽州 535008）

中國(guó)石油廣西石化公司250萬t·a-1石腦油加氫裝置，反應(yīng)產(chǎn)物空冷后注水泵190-P102A/B為某泵業(yè)有限公司生產(chǎn)的3WCR-30-65M3型高壓往復(fù)泵，額定功率30kW，額定流量14.7t·h-1,最高出口工作壓力4.851MPa，減速比4.5，用于輸送49℃除鹽水注入空冷器前。

1 問題及分析

在單機(jī)試車階段，注水罐加新鮮水（溫度t=25℃），泵出口加臨時(shí)管線，與注水罐形成閉路（如圖1）。經(jīng)4h的試運(yùn)，期間增補(bǔ)新鮮水置換，保持入口溫度30℃左右，泵正常運(yùn)行，未見異常情況。投產(chǎn)階段，為防止加氫反應(yīng)生成的銨鹽在低溫下結(jié)晶堵塞反應(yīng)產(chǎn)物空冷器管束，在反應(yīng)產(chǎn)物空冷器前注入除鹽水以洗去銨鹽。啟運(yùn)注水泵A，緩慢關(guān)小泵出口返回線，提高泵出口壓力至2.0MPa。每隔15min升高1MPa直至壓力升至4.8MPa，在2.0MPa往4.8MPa升壓過程中泵體出現(xiàn)水擊聲并伴隨出口管線強(qiáng)烈震動(dòng)，出口壓力表劇烈震動(dòng)。切換至B泵運(yùn)行，泵體同樣出現(xiàn)水擊聲，但出口管線震動(dòng)稍微變?nèi)酰隹趬毫Ρ硪餐瑯哟嬖谡饎?dòng)。出現(xiàn)此類情況，可能由以下幾個(gè)方面引起：

（1）壓力表根部閥開度過大。調(diào)整壓力表根部閥開度，壓力表擺動(dòng)稍微變小。但未能消除泵體水擊聲及出口管線震動(dòng)。

（2）泵吸排氣閥泄露或吸排氣閥損壞。拆開泵體檢查吸排氣閥完好，且閥彈簧完好，未見斷裂。

圖1 現(xiàn)場(chǎng)管線布置圖

（3）入口濾網(wǎng)堵，介質(zhì)不干凈。拆開入口濾網(wǎng)，未發(fā)現(xiàn)明顯顆粒。系統(tǒng)供的除鹽水是經(jīng)過10 超濾膜過濾后進(jìn)行管網(wǎng)系統(tǒng)，除了極少管線本身殘存的顆粒外，介質(zhì)是干凈的。

（4）管線存在懸空部位。懸空部位加橡膠墊，地面支撐加膨脹螺栓固定。泵重新運(yùn)行后，管線震動(dòng)明顯好轉(zhuǎn)。但是，泵內(nèi)一旦出現(xiàn)水擊聲，出口管線就會(huì)劇烈震動(dòng)。

（5）泵內(nèi)存在氣體。泵體及出口管線做排氣操作完畢后才啟運(yùn)泵。但泵運(yùn)行后，依然沒有消除泵體的水擊聲及出口管線劇烈震動(dòng)的情況。

（6）泵出口緩沖罐氣囊充壓過高或過低。利用緩沖罐廠家提供的專用工具對(duì)氣囊進(jìn)行壓力校驗(yàn)，氣囊充氣壓力維持在出口壓力的70%（要求60%~90%），完全符合要求。

（7）泵入口壓頭偏低。

如圖1所示，注水罐的高度1755mm,各段管線的長(zhǎng)度如圖注，注水量為12t·h-1。其中管件、閥門包括90°彎頭，三通，閘閥，P102A與P102B為一開一備，注水量為13t·h-1，計(jì)算P102B計(jì)算入口壓力。

在1、2界面處應(yīng)用伯努利方程：

Z2=0； ∑hf可分為 A-B；B-C 兩段。

主要管件、閥門包括1個(gè)90°彎頭、一個(gè)直角彎頭、一個(gè)全開閘閥。查表得40℃水的密度ρ=992.2kg·m-3；粘度μ=65.6×10-5pa·s，

取管道的絕對(duì)粗糙度ε=0.3mm, 則相對(duì)粗糙度ε/d1=0.003； ε/d2=0.00375，查摩擦系數(shù)與Re及相對(duì)粗糙度關(guān)系圖，得：λ1=0.028；λ2=0.028。管件、閥門當(dāng)量長(zhǎng)度∑lei=90°彎頭當(dāng)量長(zhǎng)度+標(biāo)準(zhǔn)三通當(dāng)量長(zhǎng)度+全開閘閥當(dāng)量長(zhǎng)度=3m+6m+0.7m。

經(jīng)由廠家核實(shí)，泵入口壓力要求不低于80kPa，因此在此工況下泵入口存在氣蝕情況，造成出口管線震動(dòng)，影響長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行。

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件將泵入口罐加盲板隔離，直接引系統(tǒng)除鹽水。啟運(yùn)泵后，經(jīng)測(cè)量入口壓力 >200kPa，但泵體仍有水擊聲。雖然出口管線震動(dòng)情況有所減緩，但還需查找根本原因。

（8）閥瓣與閥座間隙小，存在摩擦。再次解體泵后，檢查閥瓣與閥座情況發(fā)現(xiàn)，閥瓣與閥座間有不明顯的摩擦痕跡。

圖2 吸入口和排出口的閥瓣與閥座示意圖

如圖2所示，4、6的閥座內(nèi)徑d1=d2=50.000mm，外 徑 D1=D2=95.000mm，3、5的 閥 瓣 外 徑（下 部）d3=d4=49.970mm，常溫t1=25℃，閥座處溫度t2≈50℃，經(jīng)查表得，高鉻鋼0℃與20℃時(shí)平均線性膨脹系數(shù)α0= 9.29×10-6mm·(mm· ℃ )-1；50℃ 與 20℃ 時(shí) 線 性膨脹系數(shù)α50= 9.59×10-6mm·(mm·℃)-1，所以高鉻鋼在t1=25℃的線性膨脹系數(shù)α25=（9.59-9.29）/50×25+9.29=9.44×10-6mm·(mm· ℃ )-1，則閥座及閥瓣在25℃時(shí)總膨脹量為：δ1=α25×D1×Δt1=9.44×10-6×95×5=0.0045mm，則閥座及閥瓣在50℃時(shí)總膨脹量δ2=α50×D1×Δt2=9.59×10-6×95×30= 0.0273mm，所以 Δδ=δ2-δ1≈0.023mm。

廠家提供的閥瓣與閥座工作環(huán)境是按常溫25℃考慮，其間隙較小。間隙Δd=d1-d3=d2-d4=50.000mm-49.970mm=0.030mm。

閥座與泵缸間隙可以忽略，可以考慮閥瓣與閥座向內(nèi)間隙膨脹。則有 Δδ≈Δd，泵閥座與閥瓣在高速運(yùn)行存在摩擦，閥瓣未能及時(shí)開啟或關(guān)閉，從而造成泵體產(chǎn)生水擊聲，進(jìn)而造成泵出口管線劇烈震動(dòng)。

3 解決措施

根據(jù)以上原因分析及相關(guān)計(jì)算結(jié)果，需要采取以下解決措施：

（1）出口管線支撐部位加膨脹螺栓緊固，防止管線振動(dòng)。

（2）將閥座與泵缸間隙調(diào)大，可根本解決泵體產(chǎn)生水擊聲問題。咨詢?cè)瓘S家后，只要間隙Δd≯0.6mm就能滿足設(shè)計(jì)要求。綜合考慮，將閥座內(nèi)徑擴(kuò)大至50.300mm，則有Δd =50.330mm。閥座改造后，回裝完畢，重新投運(yùn)機(jī)泵，泵體沒有再發(fā)生水擊聲。

（3）根據(jù)計(jì)算結(jié)果顯示，泵入口壓力低，存在氣蝕情況。采用泵入口罐盲板，直接引用系統(tǒng)0.4MPa左右的除鹽水。可以避免泵入口壓頭過低，引起氣蝕，造成設(shè)備損壞。

4 結(jié)論

經(jīng)過以上的原因分析及處理，不僅從根本上找到了引起泵內(nèi)產(chǎn)生水擊聲及出口管線劇烈震動(dòng)的原因，而且找到了解決的方法。經(jīng)過改造后，重新運(yùn)行的高壓往復(fù)注水泵泵體沒有再出現(xiàn)水擊聲，泵出口管線震動(dòng)隨之也得到了解決。為裝置長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，同時(shí)在存在溫升的條件下，除了要考慮活動(dòng)密封件的膨脹量外，應(yīng)該密切結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際，從設(shè)備本身、工藝介質(zhì)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境及工藝管線布置綜合考慮，消除活動(dòng)密封件的摩擦。只有通盤考慮各種制約因素，經(jīng)過計(jì)算、分析判斷，逐個(gè)原因分析排除，才能更好地解決現(xiàn)場(chǎng)出現(xiàn)的各種故障和難題。

[1] 黃希賢，曹占友.泵操作與維修技術(shù)問答[M].北京：中國(guó)石化出版社，2005.

[2] 姚玉英、陳常貴.化工原理[M].天津：天津大學(xué)出版社，2003.

[3] GB 150-1998，鋼制壓力容器[S].

[4] GB/T 7782-1996，計(jì)量泵[S].