含硫污水屏蔽泵的故障分析及改進(jìn)措施

馬文禮，李立峰，胡建忠，張保元

（中石油克拉瑪依石化有限責(zé)任公司，新疆克拉瑪依 834003）

0 引言

隨著當(dāng)前環(huán)保要求的逐漸提高，屏蔽泵在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用也越來越廣泛。其結(jié)構(gòu)為電機(jī)和葉輪同軸，沒有軸封，不需要潤滑油，所有正常運(yùn)行過程中可以有效防止泄漏事故的發(fā)生，非常適用于易燃、易爆、有毒、有害介質(zhì)的輸送[2]。鑒于屏蔽泵具有體體積小、重量輕及可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[1]，某加氫裝置含硫污水中H2S（硫化氫）含量較大，故采用屏蔽泵外送。

1 屏蔽泵簡介

某加氫裝置屏蔽泵P-1207A 主要用于含硫污水的外送，型號為F62-416H4BM-0405U1B1-BV，生產(chǎn)廠家為大連帝國屏蔽電泵有限公司（圖1）。該泵主要由泵體、葉輪、石墨軸承、軸套、定子、推力盤、電機(jī)轉(zhuǎn)子組成，電機(jī)定子組件的內(nèi)表面和轉(zhuǎn)子組件的外表面裝有非磁性耐腐蝕金屬薄板制成的屏蔽套（用于隔離介質(zhì)）（圖2）。其主要作用是將加氫裝置分餾塔頂回流罐D(zhuǎn)-1202 中的H2S 含量較高的污水外送出裝置，介質(zhì)組分為水和氯離子、鐵離子、硫化物、氨氮等雜質(zhì)，其中硫化物濃度一般在1000 mg/L 左右，輸送介質(zhì)溫度約40。如果該泵出現(xiàn)故障，含硫污水無法及時(shí)外送，將造成分餾塔降低吹氣量，產(chǎn)品質(zhì)量不合格等一系列問題，并影響裝置正常生產(chǎn)。

2 屏蔽套開裂事故案例

圖1 屏蔽泵工藝流程

2018 年10 月3 日，某加氫班組反映90 萬噸加氫裝置含硫污水泵P-1207A 運(yùn)行中自停，現(xiàn)場點(diǎn)擊啟泵按鈕再次啟泵后觀察現(xiàn)場TRG（Teikoku Rotary Guardian，旋轉(zhuǎn)檢測儀）[3]表指針在綠色良好區(qū)域，但運(yùn)行許久泵自停，于是切換至B泵使用，該泵停用待檢查。10 月9 日，設(shè)備技術(shù)人員再次試泵發(fā)現(xiàn)泵運(yùn)行一會(huì)依然自停，聯(lián)系電修現(xiàn)場測量泵運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)電流，啟泵后未開出口閥，當(dāng)時(shí)泵的電流值已經(jīng)達(dá)到110 A，而此泵的額定電流只有17 A，基本判斷該泵無法長時(shí)間運(yùn)行，不斷自停的原因可能為屏蔽泵機(jī)械部分故障。當(dāng)日聯(lián)系鉗工拆檢該泵，發(fā)現(xiàn)泵的前后端石墨軸承完好，但轉(zhuǎn)子屏蔽套開裂損壞（圖3）。

3 屏蔽套開裂的原因分析

（1）查看設(shè)備運(yùn)行記錄，裝置開工后，2018 年9 月29 日制氫一班根據(jù)車間要求，對P-1207A 入口過濾器進(jìn)行清理回裝，并將P-1207B 切至A 泵運(yùn)行至10 月3 日跳閘。泵入口液位控制正常，沒有抽空斷流現(xiàn)象。從拆檢情況看，泵前、后端石墨軸承均完好（圖4）。因此，可以排除泵抽空導(dǎo)致轉(zhuǎn)子損壞的因素。

圖2 屏蔽泵的結(jié)構(gòu)

圖3 屏蔽泵屏蔽套開裂

圖4 屏蔽泵石墨軸承

（2）拆開屏蔽泵檢查：轉(zhuǎn)子及屏蔽泵內(nèi)壁均干凈，未發(fā)現(xiàn)有明顯顆粒物等其他雜質(zhì)（圖5）；過濾器入口較臟，說明入口過濾有效。因此，可以排除泵內(nèi)介質(zhì)不干凈導(dǎo)致轉(zhuǎn)子屏蔽套磨損的原因。

（3）翻閱泵的隨機(jī)資料并咨詢泵設(shè)計(jì)廠家，轉(zhuǎn)子屏蔽套的作用是隔離所輸送介質(zhì)與轉(zhuǎn)子矽鋼片接觸。該泵主軸材料為304#不銹鋼，包在軸上的轉(zhuǎn)子材料為矽鋼片，矽鋼片兩端壓板材料為304#不銹鋼，矽鋼片外側(cè)的屏蔽套材料為316 不銹鋼。屏蔽套與矽鋼片兩端壓板采用焊接方式密封，為異種鋼焊接。此泵介質(zhì)為含硫污水，其H2S 含量濃度較高。根據(jù)現(xiàn)場屏蔽套損壞的照片分析，斷裂部位無明顯減薄，判斷為屏蔽套不銹鋼焊口在含硫污水環(huán)境下長期使用而產(chǎn)生的應(yīng)力腐蝕開裂、擴(kuò)展[4]。裂口在泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中擴(kuò)展進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子掃膛，超電流跳閘，查看現(xiàn)場屏蔽套紋裂出現(xiàn)的位置，是從焊接位置裂向轉(zhuǎn)子中間的斜口。對設(shè)備發(fā)生故障前的介質(zhì)含硫污水組分分析，發(fā)現(xiàn)硫化物濃度明顯升高，其中最大值約為正常值的5 倍（表1）。這也進(jìn)一步驗(yàn)證了，屏蔽套開裂與H2S 腐蝕有直接關(guān)系。

圖5 屏蔽泵內(nèi)壁

表1 90 萬噸加氫裝置含硫污水組分分析

4 解決措施

基于對屏蔽泵屏蔽套開裂的原因分析，從2018 年11 月份起對該泵進(jìn)行升級管理，制定了一系列解決措施，有效解決了屏蔽套開裂的問題。具體解決措施如下：

（1）定期切換屏蔽泵，檢查、清洗入口過濾器。由于該泵輸送介質(zhì)含有雜質(zhì)，潔凈度不夠[5]，必須保證入口過濾器有效，能夠及時(shí)將雜質(zhì)過濾掉，防止進(jìn)入泵體損壞石墨軸承跟屏蔽套。

（2）屏蔽泵的運(yùn)行情況主要靠TRG 表監(jiān)控。TRG 表安裝在現(xiàn)場屏蔽泵靠近電機(jī)的一端，主要監(jiān)控屏蔽泵的軸向竄量、軸承磨損、電機(jī)轉(zhuǎn)向等。TRG 表有一個(gè)指針，指針區(qū)域分為綠、黃、紅，表指針的位置極為重要，是判斷設(shè)備是否正常運(yùn)行的重要依據(jù)。為了提高TRG 表的巡檢質(zhì)量，特制定檢查參考依據(jù)（表2）。操作人員在日常巡檢時(shí)就可以盡早發(fā)現(xiàn)屏蔽泵故障，防止設(shè)備進(jìn)一步損壞。

表2 泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)TRG 表判斷標(biāo)準(zhǔn)

（3）屏蔽套材料升級。由于H2S 的腐蝕，屏蔽套更換為耐腐蝕性更好的材料，從而延長轉(zhuǎn)子的使用壽命。在目前材料不變情況下，3 年更換一次屏蔽泵轉(zhuǎn)子，減少因設(shè)備損壞而造成裝置的生產(chǎn)波動(dòng)。

（4）定期對輸送介質(zhì)含硫污水的組分進(jìn)行分析，尤其關(guān)注硫化物濃度的變化，因?yàn)榱蚧餄舛雀哂谡Ｖ禃r(shí)會(huì)加劇屏蔽泵內(nèi)部件腐蝕。每月進(jìn)行一次硫化物濃度的趨勢分析，加強(qiáng)對該指標(biāo)的管理。

5 結(jié)束語

長久以來，屏蔽泵以相比于離心泵，噪聲小、泄漏率低、體積小[6]，不需要潤滑油潤滑等優(yōu)點(diǎn)而被廣泛應(yīng)用，但實(shí)際工況復(fù)雜多變等都會(huì)造成屏蔽泵出現(xiàn)各種故障。對某加氫裝置含硫污水屏蔽泵屏蔽套開裂進(jìn)行了分析，并制定了相應(yīng)的改進(jìn)措施，最終解決了屏蔽泵屏蔽套開裂的問題，不僅節(jié)約了維修成本，而且延長了屏蔽泵的有效運(yùn)行時(shí)間，為處理屏蔽套開裂的問題提供了借鑒和參照。