延遲焦化裝置除焦高壓水泵振動超標的原因及對策

(中海油東方石化有限責任公司，海南 東方 572600)

振動是評價轉動設備運行可靠性的一個關鍵指標。振動超標可能引發軸承等零部件的損壞、泵軸斷裂、附件管路螺栓松動、基礎裂紋或電機損壞、設備能耗增大和機械密封泄漏著火等一系列次生事故，威脅生產裝置安全運行[1-2]。

1 高壓水泵運行參數和材質

某石化企業高壓水泵作為延遲焦化裝置除焦系統的核心設備，其設計及運行參數見表1,設備材質見表2。其主要作用是為水力除焦系統提供大流量、高壓力的水流，驅動切焦器等設備進行水力除焦，為延遲焦化焦炭塔預熱、生焦等后續工藝操作提供條件。

表1 高壓水泵120設計及運行參數

表2 高壓水泵120設備材質

2 高壓水泵120A出現的問題

2011年4月13日至5月14日開工前負荷試運期，延遲焦化裝置除焦高壓水泵120A，后軸瓦(X,Y向)振幅均在56 μm以下;2011年5月15日至10月31日開工正式除焦前5個月，其后軸瓦振動在62～68 μm;從第6個月后軸承振動值上升到70 μm;到11月20日后,軸瓦振動上升至93 μm(Y向)。與軸瓦振動標準值72 μm相比嚴重超標。經過外部頻譜檢測，發現主要是一倍頻過高，懷疑動平衡不好或內部有摩擦現象[3]。

3 高壓水泵120A檢修檢查情況

2012年2月16至21日對泵120A進行了解體檢修。

3.1 軸彎曲及晃動度檢查

對軸彎曲及晃動度檢查，數據都在標準之內。

3.2 口環間隙檢查

對出入口口環間隙進行測量，入口口環間隙為0.50～0.63 mm；出口口環間隙為0.48～0.56 mm，平衡鼓與平衡套間隙為0.55 mm。同時發現平衡鼓與平衡套有摩擦現象。平衡鼓下部有明顯的磨損痕跡，深度為0.2～0.8 mm，見圖1。

圖1 泵120A平衡鼓磨損照片

3.3 軸及大蓋的同心度檢查

檢查發現，軸與前后軸瓦下部間隙偏小，前后軸瓦存在磨損痕跡。檢修前，前軸抬起高度0.20 mm，后軸抬起高度為0.10 mm。檢修后，前軸抬起高度0.25 mm，后軸抬起高度為0.23 mm。

3.4 轉子動平衡檢查

檢查發現動平衡存在問題，泵120A轉子動平衡及試機記錄數據見表3。

表3 轉子動平衡及試機記錄數據

注：不平衡質量5.0 g為合格。

4 后軸瓦振動超標原因分析

4.1 運行工況惡劣和頻繁開啟

除焦高壓水泵流量大、揚程高，間歇運行[4]，操作介質除焦水含焦粉顆粒,16～24 h至少啟動一次。每次運行至少經歷一次回流—預沖—鉆孔—預沖—切焦—預沖—回流變化操作，操作壓力、流量大范圍變化，除焦過程運行參數見表4。高壓泵頻繁開停，周期性切換，導致轉子頻繁產生軸向竄動，并頻繁升降。頻繁的轉子竄動及升降引發前后軸瓦、平衡鼓下部磨損[5]。

表4 高壓水泵120A和B運行參數

4.2 無高點排空

由于泵出口管線無高點排空，每次開泵前只能通過泵體底部排空排出空氣，泵內氣體無法排凈，導致轉子、內殼體氣蝕加劇(見圖2)，增加轉子不平衡度及振動磨損。

圖2 內殼體氣蝕

4.3 殼體與軸承箱不同心

殼體與軸承箱不同心使平衡鼓與平衡套有摩擦，其主要原因是軸承箱定位銷孔與螺栓孔局部重合，不能實現定位作用。軸承箱緊固螺栓扭矩不夠，使軸承箱下墜，平衡鼓與平衡套有摩損現象。

4.4 軸與軸瓦間隙大

檢修發現，高壓水泵120A前后軸與軸瓦間隙超過標準值(見表5)。

表5 泵120A前后軸瓦與軸的間隙

4.5 葉輪缺陷

葉輪缺陷主要有：葉輪加工質量控制不好，存在偏心問題；輸送的液體帶有焦粉顆粒，流道受到沖刷腐蝕；葉輪的葉片數、出口角、包角、喉部隔舌與葉輪出口邊的徑向距離等存在問題。在使用中，葉輪口環與泵體口環之間、級間襯套與隔板襯套之間，由最初的碰摩，逐漸變成機械摩擦，導致磨損，這些將會加劇泵的振動[6]。

4.6 軸瓦油膜振蕩

油膜振蕩是軸頸渦動頻率與自振頻率相重合時的激烈共振現象,具有發生突然、振幅瞬高、振動猛烈、短時油膜破裂和易引發軸瓦與軸頸的干摩擦等特點[7]。

出廠安裝軸承間隙不合適、軸瓦設計參數不當、軸承負載不均、軸瓦過渡磨損后間隙增大以及諸如氣蝕、頻繁開停等外界因素，均可激發油膜振蕩，導致軸瓦振動超標。

5 后軸瓦振動超標問題的解決

找到問題根源后，通過更換泵120A前后軸瓦，調整殼體與軸承箱同心度，調整轉子動平衡等措施確保動平衡合格；泵出口管線增加高點排空，開泵前排除泵內空氣，以防止氣蝕。

2012年2月車間組織鉗、電、儀、廠家聯合試車，按正常程序啟動P120A在C101B內除焦，啟動、預沖、鉆孔、切焦、切換全過程檢測各運行參數，參數顯示后軸瓦(Y向)振動均在46～52 μm、溫度在41～50 ℃，其他各運行參數正常，頻譜檢測及振動位移正常。

6 結 語

運行工況惡劣、頻繁開啟，設計缺陷、無高點排空、易造成轉子氣蝕，殼體與軸承箱不同心;軸與軸瓦間隙大和軸瓦油膜振蕩等都是除焦高壓水泵振動超標的主要原因。通過檢修更換軸瓦、調整殼體與軸承箱同心度、調整轉子動平衡等措施確保動平衡;增加泵出口管線增加高點排空、開泵前排除泵內空氣從而解決了高壓振動超標的問題，消除了安全隱患。