輸油泵軸承頻繁高溫原因分析與對策研究

張茂佶

（大慶油田海塔指揮部19作業區，黑龍江大慶 163500）

輸油泵軸承頻繁高溫原因分析與對策研究

張茂佶

（大慶油田海塔指揮部19作業區，黑龍江大慶 163500）

通過對某輸油站輸油主泵頻繁出現非驅端軸承超溫過熱導致的停泵問題進行分析，指出故障表象是非驅端軸溫逐漸升高并超標，而故障實質是主泵級間迷宮平衡套被通過平衡孔的夾帶雜質的高壓油流產生頻繁拋丸沖蝕，導致軸向力逐漸不平衡，最終推力軸承不能平衡多余的軸向力；指出工藝管道布置方式是影響該輸油站輸油泵故障率的原因。基于這些因素，提出改進措施：在運行管理環節應采取調整進站過濾器濾網目數、縮短過濾清理周期、加強對重點管段的清管工作等措施；在站場工藝環節，應增加新型高效強磁除銹裝置的技術改造。實際應用結果表明：上述措施可有效控制進入輸油主泵的雜質量，從而保護主泵內部構件，特別是級間迷宮平衡套，有效地保證了輸油主泵長周期運行。

輸油泵 超溫 原因分析 對策

1 輸油泵故障原因

輸油泵為兩端滾動軸承支承，軸承采用油環自潤滑，自然冷卻方式，采用十二級泵拆級而成的十一級泵結構型式，泵殼采用雙蝸殼結構，采用10個葉輪背對背對稱布置平衡，第十一級葉輪采用口環+平衡孔方式平衡軸向力，在十一級葉輪與五級葉輪之間布置級間螺旋密封平衡套平衡此處高壓區與低壓區之間軸向力。該螺旋密封主要由帶有右旋螺紋的級間套和配套的級間環組成，當級間套與軸旋轉時，流體摩擦力作用在螺旋槽內液體上，使之產生軸向反壓，其值與腔體內壓力相等，就此消除液體外漏達到密封。當螺旋密封上螺紋被逐漸沖蝕磨損到一定程度時，密封失效。

1.1 超溫故障的共性問題

（1）葉輪腔室存在大量雜質，主要為大量銹蝕物及少許油泥。（2）泵內部件存在嚴重磨損，五級葉輪出口葉輪口環被沖刷出多條深溝槽，對應葉輪有多處凹坑；五級與十一級葉輪之間的級間迷宮密封有多條較深溝槽，級間迷宮密封失效；其余葉輪泵體口環與葉輪口環均磨損沖刷嚴重。（3）出現故障前均出現主泵電流在非驅端軸承溫度快速上升時有明顯下降的情況。

1.2 故障原因分析

經過多次解體檢修，均發現泵腔內存在大量的雜質，級間螺旋密封平衡套被流體中雜質嚴重沖蝕，最終被擊穿。平衡套位于泵第十一級與第五級之間，屬迷宮式結構。迷宮套在相對旋轉時起軸向平衡作用，補油壓力約為10MPa。油流方向正對內外套中間，由于壓力高，加之液體中存在細小而硬質的顆粒狀雜質，產生類噴丸現象，久而久之，高速度顆粒狀雜質將平衡套擊穿，使得平衡套失去功效，此處泵的軸向不平衡力完全作用于止推軸承，導致非驅端止推軸承超溫。由此確定輸油泵故障的根本原因為油品中的雜質（特別是細小而硬質的顆粒狀機械類雜質）較多，對級間套頻繁發生類拋丸沖蝕。

1.3 管道雜質成分

成品油管道中雜質主要來源于兩個方面：施工時，在管道中留下的焊渣、泥沙等機械雜質；管道內腐蝕產物。對該輸油站雜質沉積物進行采樣分析，沉積物以無機組分為主，占沉積物總量的90%。

對每次機泵解體后的雜質采樣并進行分析和檢測，有機組分主要為分子量較大的直鏈飽和烴，與成品油成分一致；無機組分主要物質為鋼管腐蝕形成的含鐵物質，并含有少量的錳鎳及可溶性鈣鎂組分。對部分樣品進行X-射線熒光光譜分析，管道油品中雜質主要由鐵銹和油泥組成。在干燥空氣中，室溫下，碳鋼管道會在鋼表面上生成一層氧化膜，可有效抑制管材內部的氧化反應。若大氣中有水氣存在，水膜會附在鋼材表面上，空氣中若存在二氧化碳、硫化氫等物質，管材表面的水膜變成弱酸，加劇鋼材表面腐蝕。通過鋼管內壁浮銹生成試驗，確定管道中雜質為管道施工過程中遺留的泥沙和管道內表面的浮銹。

綜上所述，輸油泵的故障應為油品中的大量雜質（鋼管內壁浮銹）對級間套頻繁類拋丸沖蝕所致。

2 解決對策

提升級間襯套口環與配套第五級葉輪口環對應側材質，硬度由170～210HB調整到220～240HB，增強耐沖蝕能力。調整過濾器網目數，加強對雜質的過濾與收集，將過濾器網由20目調整為30目，管道運行過程中，根據過濾器堵塞的使用情況，在20目與30目之間進行切換。沿線輸油泵站增加新型強磁除銹裝置，將其安裝在收球筒內，進一步加強對油中機械雜質的分離效果。根據過濾器的堵塞情況，有針對性地進行清管作業，對堵塞較頻繁、雜質較多的管段，進一步加強清管作業。輸油泵沿油流方向一字排列。管道運行過程中，管內雜質并非均勻分布，而是呈間斷性小丘狀分布。根據液固輸送特點，每次啟輸或調整工況時，管內大量雜質被油頭積極擾動后，隨油流大量引入母管。雜質堆積沿油流方向逐漸增多，特別是末端為盲端，積累堆積最多，并且受油流擾動激蕩最嚴重。

另外，在啟輸工況穩定后，系統內雜質在管內將隨工況穩定而慢慢沉淀，雜質夾帶量將會大幅減少，并且根據液固輸送特點，油流會產生清混分層。當并聯運行時（輸油站主要為雙泵并聯運行），運行組合若為多臺輸油泵組合運行時，排列在前的機泵首先吸入較多清流層。按照油流走向，油流切向進入泵入口垂直直管段（作用近似于旋液分離器），油流中雜質切向分離，受重力作用落入母管中，隨慣性沖入后續管道，同時該布置方式也會對后續管路油流產生擾動，導致管內下層雜質激起，隨油流進入后續機泵。因此，在運行時，進入尾泵的雜質最少，首泵最多。

3 結論與認識

隨著市場需求的不斷擴大，在輸油管道運行管理、設備管理等方面還將面臨新的挑戰，仍需加強管輸油品中雜質的控制力度。

（1）該輸油站地處管道海拔最低點，在已有站場布置的基礎上無法增加雜質收集裝置。建議在泵進口匯管終端或匯管底部加裝雜質收集裝置，收集細小而硬質的顆粒狀雜質，根據雜質收集狀況，定期清理，最大限度減少雜質進入泵體內，解決盲端問題。

（2）充分利用該輸油站附近成品油儲備庫庫容資源，優化輸油流程。上游油品先進入成品油儲備庫進行雜質自然沉降后，再輸入該輸油站，儲備庫成品油罐可定期進行切換，以滿足沉降周期和輸油生產要求。

（3）建議加強鋼管在投用前的防腐保護，如注入氮氣等保護氣體，減少自然腐蝕；加強鋼管的儲存、運輸管理；施工過程中，注意封口保護，做好鋼管的防腐及焊接后的清理工作等。

［1］夏長友，劉志.小機泵（閥）密封裝置的維修與泄漏控制［J］.大慶石油學院學報，1997年02期.

［2］蘇慶華，許金海，劉峰.閘閥密封結構改進［J］，閥門.2011年03期.

［3］吳沁，王榮，楊建軍，包磊，王永恒.高溫重油泵機械密封端面熱失效分析及解決方案［J］.甘肅科學學報，2007年.