流量、溫度及軸承質(zhì)量對屏蔽泵的影響

馬淑芝

（大慶油田天然氣分公司油氣加工六大隊，黑龍江大慶 163000）

1 故障及檢查情況

塔底型號CAM3/5+6，泵排量10.36 m3/h，揚程316 m。2006年11 月投產(chǎn)使用，12 月28 日17：00，泵運行過程中自動停泵，到現(xiàn)場檢查，未發(fā)現(xiàn)異常，對配電系統(tǒng)及電機(jī)進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)泵保護(hù)跳車，電機(jī)絕緣歸零，泵無法運行，初步判斷電機(jī)線圈燒損。至發(fā)生故障為止，泵累計運行684 h。針對泵在投用很短的時間內(nèi)就發(fā)生故障的現(xiàn)象，從以下幾方面影響因素進(jìn)行了調(diào)查分析，并逐一確認(rèn)。

（1）泵十一級葉輪出口側(cè)磨損嚴(yán)重，高壓段軸承固定部件損壞（轉(zhuǎn)動部件未損壞），推力盤損壞，而低壓段軸承、推力盤并沒損壞。

（2）由于塔釜液位有低報警，泵出口有調(diào)節(jié)閥控制塔液位，泵不會出現(xiàn)塔液位低，泵抽空現(xiàn)象。泵出口有一手動閥進(jìn)行回流調(diào)節(jié)，回流至塔釜泵入口側(cè)，閥門全開，主要調(diào)節(jié)塔溫，泵入口溫度可以保證以設(shè)計范圍內(nèi)。

（3）T30 溫度保護(hù)器在自動停泵前一直投用，廠家提供的T30 溫度保護(hù)器，目前未進(jìn)行過調(diào)整，泵首次安裝試運為水運，由廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場負(fù)責(zé)調(diào)試，但目前保護(hù)設(shè)定值經(jīng)現(xiàn)場確認(rèn)為80 ℃（廠家設(shè)定），遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出泵運行工況條件要求。

（4）泵入口過濾器為60 目籃式過濾器，可以滿足泵運行工作需要。檢查入口過濾器未發(fā)現(xiàn)雜質(zhì)，入口濾網(wǎng)未損壞。

（5）泵運行狀態(tài)為連續(xù)運行，自2006 年11 月30 日運行至12 月28 日自動停泵。

（6）到現(xiàn)場檢查泵發(fā)生故障近一段時間的相關(guān)記錄報表，情況為：產(chǎn)輕量較以前沒有變化，塔底溫度（11～17）℃，塔液位50%，泵入口壓力1.3 MPa，出口壓力（2.8～3.0）MPa，均在正常操作范圍內(nèi)；電流保護(hù)設(shè)定值在現(xiàn)場可以查到，設(shè)定合理（電流保護(hù)值為56×1.2=67.2 A，泵額定電流為69 A）。

（7）現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)極少量的焊渣和部件磨損碎屑。但是，焊渣不是主要影響因素。分析焊渣經(jīng)過流道輸送，可能到空心軸處有一定影響，但空心軸沒有堵塞。

2 原因分析

2.1 溫度及流量對泵的影響。

泵輸送輕烴量偏低或入口溫度過高后高溫氣化，T30 溫度保護(hù)器設(shè)定值偏高，未起到保護(hù)作用，導(dǎo)致軸承炸裂，葉輪、泵段等部件出口側(cè)磨損。

（1）從現(xiàn)場情況看，產(chǎn)烴量較前段時間沒有變化，塔液位控制正常，泵參數(shù)正常。泵出口閥靠手動閥和壓力自動控制閥調(diào)節(jié)，按每天產(chǎn)量平均來算，每小時產(chǎn)量2.5 t，流量相對較小，但泵回流有一部分量沒有計量。為此，對泵極限工況（即當(dāng)泵出口調(diào)節(jié)閥全關(guān)，泵回流全開條件）進(jìn)行核算，是否滿足泵最小流量需要，如果不能滿足，則可能是二級產(chǎn)生汽化，造成泵故障發(fā)生（表1）。

表1 設(shè)計院提供給制造廠家設(shè)計數(shù)據(jù)

核實結(jié)果：經(jīng)計算，塔底泵出口調(diào)節(jié)閥在全關(guān)的情況下，泵出口手動回流線DN25 能滿足泵最小流量需要，不會汽化，設(shè)計流速為2.8 m/s，可以滿足設(shè)計工況。經(jīng)對泵入口溫度的考核判斷，泵入口溫度可以滿足設(shè)計要求。

（2）從廠家提供的設(shè)計數(shù)據(jù)情況（表2）看，出現(xiàn)問題。

表2 廠家提供技術(shù)數(shù)據(jù)

核實結(jié)果：用設(shè)計單位提供最小流量參數(shù)與廠家提供最小流量參數(shù)對比，發(fā)現(xiàn)廠家提供最小流量大于設(shè)計提供最小流量，有產(chǎn)生汽化的可能，不能滿足設(shè)計工況。用設(shè)計單位提供設(shè)計溫度參數(shù)與廠家提供設(shè)計溫度參數(shù)對比，發(fā)現(xiàn)廠家提供溫度范圍小于設(shè)計提供溫度范圍，有產(chǎn)生汽化的可能，不能滿足設(shè)計工況。

2.2 軸承質(zhì)量的影響

碳化硅軸承特點：耐磨、耐高溫、機(jī)械強(qiáng)度高、耐高溫性能好、抗高溫蠕變、摩擦系數(shù)小、導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)低，適用于密度低，抗氣化介質(zhì)。根據(jù)碳化硅的特點確定，軸承碎裂原因：①受到?jīng)_擊力作用；②工作溫度超過軸承所能承受溫度；③由于不銹鋼材料與碳化硅材料熱膨脹系數(shù)不同，如果軸承與軸套、推力盤與軸承之間裝配間隙不合適，可能造成軸承被擠裂。

由此分析：①由于泵為連續(xù)運行，不可能產(chǎn)生較大沖擊力；②碳化硅軸承通常在工作溫度為（-40～+250）℃不會發(fā)生軸承炸裂（廠家提供軸承最高承受溫度為160 ℃，廠家T30 調(diào)溫范圍最高可以調(diào)至150 ℃）。由于軸承導(dǎo)熱性能好，軸承與推力盤之間為碳化硅磨擦副，泵在保護(hù)值80 ℃又一直未動作，故判定泵腔內(nèi)溫度不會超過160 ℃，這種情況下，如果軸承質(zhì)量合格不會發(fā)生軸承炸裂（輕烴在35 ℃下的飽和蒸汽壓為1.3 MPa）。

2.3 電機(jī)定子本身質(zhì)量的影響

定子在制作過程中，由于存在質(zhì)量問題，導(dǎo)致泵運行中出現(xiàn)電機(jī)外殼體溫度達(dá)到55 ℃左右，有可能對輸送介質(zhì)的溫度產(chǎn)生影響，提高介質(zhì)溫度，導(dǎo)致介質(zhì)汽化。

3 故障原因確認(rèn)

（1）屏蔽泵正常磨損應(yīng)是入口側(cè)磨損（產(chǎn)生高壓側(cè)向低壓側(cè)的推力），目前是出口側(cè)磨損嚴(yán)重，說明是由于軸向力小于平衡力造成。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生，主要是由于廠家提供最小流量、入口溫度參數(shù)與設(shè)計院提供最小流量、入口溫度參數(shù)不匹配。導(dǎo)致泵在滿足設(shè)計參數(shù)，偏離廠家制造參數(shù)的工況下，產(chǎn)生汽化，轉(zhuǎn)子部件磨損，泵軸承損壞。

（2）由于電機(jī)運行中定子溫度過高，導(dǎo)致泵內(nèi)介質(zhì)溫度升高，加速汽化，導(dǎo)致泵十一級葉輪出口側(cè)磨損嚴(yán)重，高壓段軸承固定部件損壞，推力盤損壞，而低壓段軸承、推力盤并沒損壞。

4 泵的修復(fù)

泵故障原因確認(rèn)后，制定了該泵的修復(fù)方案，主要內(nèi)容如下。

（1）按設(shè)計參數(shù)對泵未損壞的轉(zhuǎn)子部件，包括平衡盤徑向和軸向間隙、平衡孔等部位進(jìn)行改造。

（2）更換損壞部件。

（3）更換電機(jī)定子繞組，降低電機(jī)溫升。

修復(fù)后，泵運行參數(shù)正常，已經(jīng)運行近2 年，設(shè)備運行狀況良好，達(dá)到了預(yù)期效果。