海水泵導軸承支架斷裂原因分析及改進措施

黃滄滄

（中海浙江寧波液化天然氣有限公司，浙江寧波 315800）

0 引言

LNG 作為一種低溫液體，溫度達到-165 ℃，氣化后的天然氣屬于易燃易爆甲A 類火災危險氣體。LNG 接收站是儲存LNG并往外輸送天然氣的場所，LNG 通過升溫升壓后進入天然氣管網輸送至用戶實現LNG 氣態外輸[1]。海水泵是LNG 接收站的關鍵設備，為LNG 的氣化外輸提供海水進行換熱。

浙江LNG 接收站5 臺海水泵選用的是日本荏原（EBARA）設計制造的立式單級泵，設計流量為7550 m3/h，設計壓力為0.346 MPa。在近3 年運行期間海水泵陸續出現類似金屬撞擊的聲音異響，振動值較以往有增大的趨勢，因此逐臺進行拆解檢查。通過拆解發現泵筒導軸承支架出現不同程度的斷裂（多見于上部泵筒和中部泵筒）（圖1），吸入口濾網堵塞損壞嚴重（圖2），運行過程中出現金屬件的撞擊摩擦并產生異響。針對海水泵導軸承支架斷裂的故障原因進行分析，并制定相應的改進措施，從而確保海水泵運行的可靠性。

1 海水泵結構及過濾系統簡介

海水泵安裝在海水泵房裝有混凝土隔板的一個“流道”內，以限制低渦的形成。該泵為立式、長軸、導葉式、混流泵，主要部件包括濾網、吸入段、葉輪、泵筒、泵軸、導軸承、出口彎管及傳動部件。泵軸分為5 段，通過聯軸節連接安裝在泵筒部件的導軸承內。每個泵筒與導軸承部件通過四段支撐筋（支架）對焊而成，保證泵軸、導軸承及泵筒三者的同心度，確保長軸泵的平穩運行。由于介質為海水且長期安裝在海水取水池中，海水泵過流部件均采用UNS S32750 超級雙相不銹鋼材質。

圖1 導軸承支架斷裂情況

圖2 吸入口濾網

海水自取水口明渠引入，經過一道粗鋼格柵過濾后進入取水口前池。在海水泵進水流道上游設置傾斜式攔污柵及ZD 型移動式抓斗清污機，對較大的垃圾雜物進行二次過濾。下游設置XKC-2500 型旋轉濾網通過網板的旋轉及反沖洗進行三次過濾，將絕大部分垃圾雜物隔絕在外。整套海水過濾系統可防止泵池發生快速沉積，并防止大顆粒物質可能對泵造成的損害。

2 故障檢查情況

對海水泵進行拆卸檢查（以C 泵為分析對象），發現有大量的垃圾雜物堵塞在吸入口濾網處，濾網變形損壞嚴重，可見上游的海水過濾系統未能有效地進行隔絕。塑料類、紗布類垃圾易進入海水泵泵體并纏繞在泵體部件上，運行過程中與泵轉動部件進行摩擦，造成泵軸、軸套、填料軸套等部件的磨損。

對泵筒部件進行檢查，發現中部泵筒導軸承支架一側焊縫熱影響區位置發生斷裂，通過對導軸承內徑、泵筒法蘭止口直徑、軸承座到法蘭止口的距離進行測量對比，發現泵筒止口變橢圓，泵筒止口和導軸承止口同心度偏差較大。如若繼續使用，則會造成導軸承失效，泵軸被甩彎，葉輪轉動不平衡，轉動時會產生強烈振動，最終造成泵性能下降，泵零部件損壞等嚴重后果。同時，委托海水泵制造廠日本荏原公司對支架斷裂部位通過顯微鏡進行分析，斷口截面處可觀察到明顯的疲勞破壞形態。

3 故障原因分析

根據海水泵拆解檢查情況，對造成海水泵導軸承支架斷裂的原因進行綜合分析，整套海水過濾系統未能達到預期的過濾效果，導致仍有大量漂浮垃圾及懸浮垃圾從外海進入取水口前池及泵池。在海水泵抽吸過程中，大量淤泥及垃圾堵塞吸入口濾網，導致濾網處過水量小，造成濾網變形損壞。海水泵入口流量不穩定引起泵體振動加劇，在疲勞應力的作用下，引起導軸承支架斷裂[3]。

（1）設備因素。海水泵導軸承支架設計欠優。支架與泵筒、支架與導軸承均為焊接形式連接，為確保泵筒與導軸承的同心度，要求較高的焊接工藝技術要求，同時不可避免在焊縫熱影響區位置存在焊接殘余應力的風險。海水泵振動過大，導致在導軸承支架薄弱處產生應力疲勞斷裂。海水泵濾網骨架選用的是直徑12 mm 的不銹鋼空心管，未綜合考慮當地海水環境中含大量的泥沙及一定數量的垃圾，設計強度不足，從而導致濾網堵塞后易破損，骨架鋼管斷裂。

（2）環境因素。LNG 接收站位于寧波北侖近海區，淤泥沉積量大，漂浮垃圾數量較多。海水通過取水口明渠進入到前池及泵池，明渠過濾格柵設計不合理，其網格最小規格為1075 mm×208 mm，海面漂浮過來的絕大部分垃圾雜物均能進入，無法起到隔離過濾的作用。同時，旋轉濾網運行一段時間后，橡膠密封擋條產生磨損，密封間隙增大，過濾精度降低，且海水中泥沙將部分噴嘴堵塞，反沖洗水量不足，導致部分垃圾經旋轉濾網過濾后堆積在排出口繼而掉入泵池，造成一定數量的垃圾雜物仍可進入泵池。

4 改進措施

對海水泵導軸承支架進行結構優化改造，導軸承支架為鑄造結構，材質為超級雙相不銹鋼（UNS S32750）。支架由法蘭盤、支撐筋、導軸承座構成，法蘭盤用于與泵筒（外管）連接，支撐筋用于連接法蘭盤和導軸承座，厚度比改造前大，支撐端斜度連接，接觸面積增大，能承受更大的應力，泵筒和導軸承支架之間采用螺栓連接，中間加墊塊，防止泵筒因壁厚太小產生變形，安全可靠性高。擋流板是由3 mm 厚的鋼板制作的錐形環，可引導海水在導軸承支架處平緩通過。通過將海水泵振動產生的應力分散到法蘭盤螺栓處，從而避免焊縫熱影響區部位發生疲勞斷裂[2]。該項設計已獲得實用新型專利證書《一種海水泵外管導軸承支架結構》。導軸承支架結構如圖3 所示。

對吸入口濾網進行測繪并重新設計，在確保不影響海水吸入量的前提下，采用強度較高的不銹鋼鋼板作為底面及環向的骨架（替代原設計中直徑12 mm 的不銹鋼空心管），網格鋼筋相應加大，濾網承受能力大大增強。

圖3 導軸承支架結構

為改善并提高海水過濾系統的效能，在取水口明渠原鋼格柵（格柵格子最小規格為1075 mm×208 mm）基礎上安裝小規格的玻璃鋼格柵板（網格最小規格為5 mm ×5 mm），從而將絕大部分垃圾雜物過濾在外，減少進入前池的垃圾數量。同時，對旋轉濾網進行修復改造，更換安裝橡膠密封擋條，保證密封間隙；對反沖洗噴嘴進行疏通或更換，并安裝水密窗，對垃圾過濾沖洗情況進行監控，從而確保整個過濾系統的有效投用。

5 結束語

通過對海水泵導軸承支架斷裂故障的原因分析，及時采取相應的改進措施。對海水泵導軸承支架及吸入口濾網進行結構優化改造，加強設備結構強度，徹底解決因設備振動引起導軸承支架疲勞斷裂的問題，同時對取水口明渠鋼格柵及旋轉濾網進行修復改造，提高海水過濾系統的效能，減少進入前池及泵池的垃圾數量，從而提高海水泵設備運行的可靠性。今后，在海水泵前期設計過程中應綜合考慮設備結構及環境因素的影響，及早采取防范措施，從而確保海水泵設備的可靠投用。