淺談空分儲槽活塞式低溫液體泵的維修

張洋洋

（新余鋼鐵集團有限公司，江西新余 338001）

0 引言

新余新鋼氣體有限公司共有5 套空分裝置，制氧機的配置為3套25 000 Nm3/h、24 000 Nm3/h 和16 000 Nm3/h 的各1 套；儲槽的配置分別為2000 Nm3、1000 Nm3、500 Nm3，儲槽共配備12 臺活塞式低溫液體泵，液氧低溫液體泵、液氮低溫液體泵和液氬低溫液體泵各4 臺。為滿足公司正常生產，當管網壓力過低時經常需要開泵汽化，泵的出口壓力為2.0 MPa，通過汽化器汽化后進入管網、送入各個下一道工序。

低溫活塞式液體泵主要由電機、皮帶輪、傳動箱和泵頭組成，泵頭泵驅動端將電機的旋轉運動轉變為往復運動，并將電機的輸出功率傳遞給泵頭壓縮端；電機通過皮帶輪、偏心輪、連桿和十字頭等部件來完成功轉換。泵頭液力端由缸套、缸體、活塞組件、密封器、排液閥組成，其主要部件均為不銹鋼材料制成。

1 低溫液體泵汽塞的原因及解決方法

實際生產過程中，在啟動泵時操作人員經常發現泵打不到液體，查看DCS 中泵出口流量的數據，發現沒有流量或流量較少，現場泵也沒有聽到打到液體的聲音，基本上可以判斷泵發生了汽塞故障。泵發生汽塞的原因主要有以下3 個：①泵預冷不到位，泵還處于熱態；②泵進口管設計不合理，或沒有進行保溫，導致液體進口管汽化過大；③泵的回汽管設計不合理，導致回汽不暢，發生汽塞，這也是泵發生汽塞的主要原因。

（1）針對第一個原因，啟動泵之前必須預冷，液體一點一點地進入泵內，緩慢冷卻降低泵內溫度，此時可以打開排氣閥，使泵冷卻加速。這一步操作通常需要0.5 h 左右，泵才可以完全冷透。

（2）對于第二個原因，在安裝泵的初期時，泵的進口管路不應設計過長，以減少管路的冷損。泵最好安裝在儲槽下方，泵進口管道應按照流量大小合理選用管徑，為了防止管道應力作用于泵體和預冷后管道冷脹冷縮，進出口管路一般采用金屬軟管連接。配管時應嚴格按照廠家提供的數據進行，進口管應該與之連接的管道朝泵進口方向（向下）有不小于5°的傾斜，且不能小于泵吸入接口的直徑。同時泵的進口管全部進行保溫處理，以進一步較少液體汽化。

（3）對于第三個原因，由于在安裝泵時的各種原因，造成泵回汽管設計不僅過于復雜、管路過長，還存在“幾”字形設計（圖1），回汽原本從1#處進入回汽管回儲槽，但是到2#處時汽體往上走，對1#處來的汽體產生阻力，導致泵回汽不暢，經常發生汽塞，嚴重時需要專人在回氣管外排閥排液排汽，浪費大量液體和人力資源。在安裝回汽管路時，貯槽回汽管路的管口直徑應與泵的回汽接口直經一樣大，如果接口直徑不同則應采用錐形縮節過渡連接，泵與貯槽回氣管路間應沒有虹吸現象，管路必須保持連續的向上傾斜，以避免產生氣阻現象。后來通過管道改造，回汽管少走彎路，走最短路緩慢向上線爬坡回儲槽，避免“幾”字形設計。經過現場實踐改造成功，泵在預冷后正常開啟，回汽管上外排閥可以完全關閉，同時回汽管回儲槽的閥門微微打開，使得管路冷損導致的液體汽化量回儲槽。另外，考慮到管路汽化引起的冷損，回儲槽的回汽管也要有保溫措施，并在泵的出口管上安裝安全閥，防止管道超壓引發事故。

圖1 回汽管的“幾”字形設計

2 低溫液體泵的常見故障及排除措施

2.1 流量不足或無流量

針對三缸活塞式低溫泵，在相同轉速下發現泵開啟后流量不足，如果通過DCS 顯示的流量總量計算出只有兩個缸的流量，表明其中一個缸沒有打到液體，這種情況一般考慮為出口處排液閥故障，可能是在上次檢修時管道進入了濕空氣，而再次開泵前沒有加溫透徹，導致泵預冷后在排液閥處結冰導致排液閥不能正常開啟關閉。在加溫透徹的基礎上也可能是排液閥本身故障，如排液閥彈簧失效、排液閥密封面損壞等，此時只需拆下止回閥閥座、檢查止回閥，必要時可以進行更換。

如果是活塞式低溫泵的出口壓力正常、無流量問題，考慮為泵出口進汽化器總管上止回閥故障，進行復熱后只需拆開止回閥檢查便可。

2.2 泵密封組件經常性損壞

低溫液體泵長時間運行時，開槽螺母密封處溫度較低，濕空氣在此處容易結冰，結冰后既容易使活塞桿損壞和密封填料失效而導致漏液，也凍結潤滑油使潤滑油失效，泵發生故障。根據現場運行情況，在此處引入一股干燥氮氣吹掃，但是此處上方還會有濕空氣進入，且此處是檢修口，于是在開槽螺母檢修口蓋一塊可拆卸有機玻璃（圖2），這樣使干燥氮氣可以單方向吹掃，開槽螺母檢修口濕空氣減少，氣溫較低時也可長時間開泵。設置干燥氮氣后開槽螺母檢修口不結冰，有效保護了活塞缸和密封組件。經過實踐證明，原來2～3 個月更換一次密封組件，經過改造可以延長至6 個月更換一次。同時，檢修后的低溫液體泵應進行加溫透徹后再預冷，防止預冷時泵內部結冰損壞活塞桿和密封組件。

圖2 干燥氮氣吹掃和有機玻璃密封

2.3 泵出口壓力不足

泵開啟后，出口壓力表顯示壓力不足2.0 MPa 的問題，主要原因有：泵未充分預冷，泵內有氣體，產生氣蝕；進液管線跑冷輻熱嚴重；儲槽液位過低，達不到泵所需要的靜壓力；泵前管道有異物，使過濾網堵塞，影響液體的吸入；進液閥DU 軸承損壞，閥桿磨損，使閥桿卡死、跑偏、排液閥工作失常，泄漏嚴重；泵的速度過低；管網泄漏，導致無法升壓；氣缸拉毛，活塞環、導向環磨損嚴重；泵活塞余隙容積過大等。需要注意的是，在調泵的余隙容積時，檢修人員應嚴格按照泵檢修說明書進行，一般情況下活塞式低溫液體泵余隙容積為1～2 mm，檢修人員檢修低溫液體泵后必須進行盤車，避免活塞桿頂缸損壞設備。如果是三缸活塞式低溫液體泵，還應將3 個缸的余隙容積調為統一數值，使連接活塞的曲軸箱受力平衡。另外，出口壓力不足還有可能是泵本身機械故障或其他原因引起的。

3 低溫液體泵的點檢與檢修

低溫液體泵能否長期穩定運行，日常的點檢工作極為重要，只有及時發現問題才能盡快解決問題。日常點檢的內容主要有：①曲軸箱油位是否在正常位置；②油封處是否漏油，密封處以及各法蘭連接處是否漏液；③活塞桿連接螺桿上的并緊螺母是否松動，一旦發現松動此時應及時處理，否則極易發生頂缸；④連接皮帶是否有斷裂；⑤檢查電磁調速電機及泵體是否有異響；⑥開槽螺母是否松動等。

此外，還應對低溫泵定期進行更換備件和維護保養，如更換曲軸箱潤滑油、活塞環、皮帶、導向環、密封圈、壓緊圈以及電機軸承添加油脂、利用停泵機會檢查過濾網等，防止過濾網損壞雜質進入泵內，導致泵不能正常運行。

長時間運行后，如果泵發生漏液或壓力不足等情況，活塞式低溫液體泵則需要大修，一般需要更換所有的活塞環、導向環和四氟填料等。

（1）拆泵步驟：拆開泵排液短管，拆下排液閥座，松開活塞桿和連接桿并緊螺母取出活塞桿，使用專用工具拆下開槽螺母，按順序取出內部填料并做標記。

（2）安裝步驟：準備好所有需要更換的備件，按照做好的標記安裝填料，安裝活塞桿使用游標卡尺調節余隙容積，根據余隙容積確定并緊螺母安裝位置，安裝好排液閥座和排液短管，使用專用工具擰緊開槽螺母。安裝時應注意，活塞環應切開，兩個缺口相差180°安裝；密封圈切開安裝好螺旋彈簧，應有一定補充余量；檢修時液氧泵所有零部件不能接觸油污，不能使用易燃溶劑清洗零部件。

另外，檢修結束后為避免泵內進入濕空氣，在泵預冷前應進行使用干燥氮氣進行一定時間的加溫，防止預冷后濕空氣在內部結冰損壞活塞桿和導致密封填料失效。同時當環境溫度較低時，液體經汽化器汽化后進入管網，容易在管網上結霜，在此處應設置溫度測點，防止溫度過低出現管道冷脹熱縮量過大拉裂管道的問題。溫度測點應接入DCS 并與低溫液體泵進行聯鎖，一旦溫度過低則低溫液體泵停機。

4 結束語

在運行過程中活塞式低溫液體泵會出現各種故障，操作人員應經常進行點檢工作，尤其是對液氧泵的漏油、漏液情況要進行及時處理，防止發生燃爆事故，檢修時必須嚴格進行脫脂處理。同時，在開槽螺母密封器處設置干燥氮氣、加裝有機玻璃的措施，可以有效防止因結冰導致的泵十字頭溫度過低而損壞活塞桿，達到延長密封使用壽命的目的。另外，相關員工必須嚴格按照崗位操作規程進行操作，先預冷再啟動、先減速再停車，進而保證低溫液體泵的安全、經濟運行。