強自吸泵使用過程中存在的問題及解決措施

劉凱，趙博晗

（中國石油蘭州石化公司石油化工廠，甘肅蘭州 730060）

1 問題提出

芳烴裝置污水井原采用長軸液下泵提升污水，鑒于某石化公司因為長軸液下泵故障引發(fā)的安全問題，中國石油煉化分公司下發(fā)油煉化53號文件“關(guān)于停用長軸液下泵的通知”要求將長軸液下泵改為自吸泵，車間按照要求更新了兩臺SQB 型強自吸泵。強自吸泵在運行過程中存在不上量或間歇性上量等現(xiàn)象，且自吸泵機械密封頻繁泄漏，使用壽命短，甚至新更換的機械密封在第一次投用時即泄漏失效。因此芳烴裝置面臨污水無法外送和備件費用居高不下的環(huán)保、經(jīng)濟兩大難題。

2 強自吸泵工作原理

強自吸泵啟動前，手動撥動軸承箱外部的離合部件至“合”，使軸承箱內(nèi)部滑動齒輪與偏心齒輪嚙合。機泵啟動后，軸帶動葉輪旋轉(zhuǎn)的同時也通過軸承箱內(nèi)的偏心齒輪帶動軸承箱上部的吸真空裝置一起做往復(fù)式運動。自吸泵入口管線內(nèi)的空氣通過吸真空裝置被源源不斷地排出，污水井中的污水在大氣壓的作用下被壓至葉輪處。當(dāng)自吸泵出口壓力表有壓力顯示時，此時排氣過程結(jié)束，手動撥動軸承箱外部的離合部件至“分”，使軸承箱內(nèi)部滑動齒輪與偏心齒輪分離，吸真空裝置停止工作。圖1為強自吸泵吸真空裝置結(jié)構(gòu)。

圖1 吸真空裝置結(jié)構(gòu)

吸真空裝置連桿帶動膜片做往復(fù)式運動。膜片向下運動時，腔A 變成真空狀態(tài)，閥1 打開，氣體吸入。膜片向上運動時，閥1 關(guān)閉，腔A 為高壓狀態(tài)，腔B為真空狀態(tài)，閥2打開，氣體進入腔體B。膜片再次向下運動時，閥2 關(guān)閉，腔體B 為高壓狀態(tài)，閥3 打開，此時空氣由閥3 排向大氣，以此循環(huán)，直至強自吸泵入口管線內(nèi)部空氣完全排出。

3 故障現(xiàn)象及原因分析

3.1 吸不上量或間接性上量現(xiàn)象

強自吸泵運行中存在的吸不上量或間接性上量現(xiàn)象，原因或有以下幾個方面：

1）機泵反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速不夠

經(jīng)過跟蹤檢查和測速，機泵轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速正常，無反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速過低現(xiàn)象。

2）吸真空裝置或入口管線漏氣

對強自吸泵吸真空裝置連接膠管卡子進行重新固定，對入口管線密封面進行換墊查漏，各密封面進行仔細檢查，未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

3）入口管線堵塞

對法蘭密封面進行換墊時檢查入口管線，管線內(nèi)無異物，通過性好，污水中亦無可能導(dǎo)致堵塞的異物及大雜物。

4）污水井液位低

污水井底部離自吸泵入口葉輪中心高度大于7 米，低液位時，由于要克服管線及彎頭阻力，造成污水吸入量不足，當(dāng)污水液面高時，上量明顯好轉(zhuǎn)，強自吸泵正常工作一段時間至污水井液面低時，又存在上量不好，出口壓力明顯回落的現(xiàn)象。

3.2 機械密封頻繁泄漏

強自吸泵運行中出現(xiàn)的機械密封頻繁泄漏現(xiàn)象，原因或有以下幾個方面：

1）機械密封材質(zhì)不符合要求

對原廠家機械密封進行拆卸、檢查，機械密封摩擦副動環(huán)、靜環(huán)材質(zhì)分別為碳化硅及浸漬石墨，這兩種材質(zhì)廣泛應(yīng)用于機械密封中，查閱相關(guān)資料可知，對于提升常溫、低腐蝕性的污水介質(zhì)，其符合質(zhì)量要求。

2）機械密封制造、安裝不符合要求

每次更換的機械密封均為原廠家未拆卸的原型號機械密封，更換時對機械密封摩擦副、各部件都進行了仔細檢查，確認無雜質(zhì)、灰塵；靜環(huán)壓蓋與安裝孔固定時，螺絲由松到緊擰緊，受力均勻，安裝后經(jīng)測量靜環(huán)斷面與軸心線垂直。

3）機械密封主機軸徑向、軸向躥動量大

拆卸后利用游標卡尺及千分表測量、檢查主機軸的軸向躥量、擺動量和撓度均符合技術(shù)要求。

4）強自吸泵吸真空時間過長

機械密封摩擦副的摩擦根據(jù)摩擦副間的液膜分為濕潤滑、半濕潤滑、干摩擦狀態(tài)。密封正常工作時，動環(huán)和靜環(huán)所形成的摩擦副處于半濕潤滑狀態(tài)。而處于濕潤滑狀態(tài)時，泵的泄漏量會增大，污水外流不滿足要求；處于干摩擦狀態(tài)時，就會由于摩擦熱而燒毀密封。強自吸泵在啟動開始時，吸真空裝置排空入口管線空氣的同時，機封跟隨軸一起轉(zhuǎn)動，此時動環(huán)和靜環(huán)之間沒有介質(zhì)潤滑。在這種情況下，強自吸泵吸真空時間越長，機械密封動環(huán)和靜環(huán)所構(gòu)成的摩擦副產(chǎn)生的摩擦熱就越多，此時若沒有冷卻液降低摩擦副的溫度，摩擦副就會形成干摩擦而燒毀機械密封。

綜上，強自吸泵運行中存在的吸不上量或間接性上量與機械密封頻繁泄漏存在必然聯(lián)系。由于密封性差的原因，即使強自吸泵吸真空裝置完好且正常工作，其葉輪中心也無法達到絕對真空。污水井液位高度存在某一個臨界點，當(dāng)液位低于臨界點時，污水井中的污水在大氣壓作用下克服管線阻力無法達到葉輪中心吸入點，導(dǎo)致強自吸泵不上量。此時機械密封無介質(zhì)潤滑冷卻，長時間“干磨”，導(dǎo)致機械密封摩擦副發(fā)熱、破裂、漏氣。第二次啟動強自吸泵時，由于機械密封已損壞、漏氣，吸真空裝置吸氣時間更長，葉輪中心形成的真空度更低，自吸液位臨界點升高，導(dǎo)致強自吸泵不上量現(xiàn)象更加嚴重。

4 改進措施

4.1 入口管線改造

將機泵入口管線口徑DN100 改為DN80，減小入口管線空氣容積量，縮短吸真空裝置工作的時間。由于機泵出口管線為DN65，改造后的入口管線口徑仍然大于出口管線，滿足使用要求。

4.2 機械密封改造

對強自吸泵的機械密封進行測繪加工，參考API682密封沖洗方案中plan52，將原機泵上的單端面機械密封改為雙端面機械密封，摩擦副腔體中采用白油循環(huán)冷卻。增加一個白油罐及出入口兩根金屬軟管，白油罐的壓力利用氮氣源和減壓閥控制到0.4 MPa，略微大于自吸泵出口壓力值，避免污水躥入白油系統(tǒng)。白油在氮氣的壓力作用下在機械密封摩擦副腔體中自循環(huán)，帶走機械密封產(chǎn)生的摩擦熱量。

4.3 摸索臨界液位點

為便于觀察，將污水井底部至頂部（地面）每間隔1 m用蘇丹紅漆進行橫線標記，底部至頂部依次標記為1～7 m（污水井深度為7 m）。通過跟蹤測試和觀察，機械密封完好時臨界液位高度為2 m，污水井液位低于該臨界液位時，出口壓力明顯波動，且機泵運行雜音加劇，當(dāng)液位低至1 m 時，出口壓力回落明顯，強自吸泵不上量現(xiàn)象較為突出。為保證機泵安全、平穩(wěn)運行，將強自吸泵啟動的臨界液位高度定為2 m，并完善到機泵操作規(guī)程中。

5 實施效果

強自吸泵改造完成后，吸真空裝置工作時間由原來約60 s降低到30 s左右即可看到出口壓力表有指示，縮短了開泵時間（降低了機械密封“干磨”時間）。運行半年時間內(nèi)未發(fā)生機械密封泄漏情況，達到了預(yù)期效果。目前，這種改造方法已應(yīng)用到其余幾臺自吸泵中，運行效果良好。

6 結(jié)論

強自吸泵雖有較強的自吸能力，但長期在較低的入口液位工作時，自吸時間長，機械密封使用壽命降低，通過減少吸真空時間，引入白油介質(zhì)冷卻提高機械密封使用壽命，保證了其長期穩(wěn)定運行。