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摘要：多级离心泵故障停车的原因大多是设备结构设计不合理。文章通过对TDF型多级离心泵运行故障进行分析及总结，分析了TDF型多级离心泵设备频繁故障的主要原因，其中平衡盘的灵敏度和材质、3台高压锅炉给水泵共用一条平衡管是造成高压锅炉给水泵启动时平衡线压力控制困难、平衡盘长期磨损、平衡盘频繁瞬时咬死的主要原因。文章明确提出了将平衡管线外接改造为内接、材质更新、提高平衡盘灵敏度的解决问题方案，改造后有效解决了制约TDF型多级离心泵在启动过程中平衡盘频繁抱死的故障问题，彻底消除了这一困扰已久的缺陷，确保了高压锅炉给水系统的稳定性，为装置平稳运行作出了积极贡献。
关键词：高压锅炉给水泵；故障分析；故障处理
1概况
陕西延长石油延安能化公司轻油加工装置高压锅炉给水泵P811A/B/C，型号100×80TDF11M，制造厂商为嘉利特荏原泵业有限公司，TDF型多级离心泵结构形式为卧式双壳体中心线两端支撑，内壳体为多级节段式、径向剖分结构。该泵用于输送锅炉水至汽包，是生产过程中的关键核心设备，其工作压力13.5 MPa，扬程1 450 m，转速2 983 r/min，流量55 m3/h。其中，P811A为蒸汽透平驱动，P811B/C为电机驱动。
2运行故障
轻油加工装置在正常工况下，3台锅炉给水泵2台运行，1台备用，从节能降耗、运行稳定考虑，每次先投用P811A透平泵，其次再投用1台电机机泵P811B/C，剩余1台热备，工艺流程为3台锅炉给水泵共用一条平衡管线。3台锅炉给水泵自2018年装置开车投运后，P811A/B/C在开车启泵的过程中会出现平衡室压力超压、机封损坏、机泵平衡盘咬死现象，造成机泵损坏，对装置平稳运行造成重大隐患。每次检修时间长达10 d以上，严重威胁锅炉给水系统的安全运行。据统计P811A/B/C分别于2018年7月20日至2020年7月23日期间出现过6次平衡组件咬死情况，对装置运行造成严重影响。
事故发生后第一时间对泵进行解体检查，发现锅炉给水泵存在平衡鼓盘、平衡套及平衡套压盖咬死、非驱动端机械密封动静环碎裂的问题，其他主要零部件正常。
(1)平衡套、平衡鼓盘及平衡套压盖咬死,有不同程度的磨损,如图1所示。
(2)主轴跳动最大值0.11 mm,泵轴局部腐蚀,如图2所示。
(3)非驱动端机械密封动静环碎裂,驱动端动静环端面无异常,如图3所示。
3故障分析
多级离心泵基本构造由叶轮、泵体、泵轴、轴承、密封环、填料六部分组成。本文研究的离心泵主要结构如图4所示,采用机械密封形式,在泵的非驱动端装有平衡盘和平衡鼓,它的一侧压力相当于末级叶轮轮盘间隙中的液体压力(高压),它的另一侧通过平衡管与泵的入口(除氧器本体)连通,压力是泵的入口压力(低压)。3台高压锅炉给水泵的低压平衡管入口连接在泵的管线入口(除氧器本体),上述两侧压差会使转子受到一个与轴向力相反方向的力,从而用以平衡泵体轴向的推力。本文分别从平衡盘的灵敏度和材质、3台给水泵共用一条平衡管三个方面分析高压锅炉给水泵产生故障的原因。
3.1平衡盘的灵敏度
在锅炉给水泵解体后发现,泵的平衡盘都存在不同程度的磨损,推断平衡盘磨损位移是造成机械密封紧力产生变化、加速机械密封损坏的主要原因。机泵在运行过程中,泵的工作窜动在0.01 mm左右,在启停泵过程中,单侧紧力变大,另一侧紧力变小,导致机械密封超出调整范围而产生损坏、泄露故障，过大的轴向脉动会造成泵振动,使转子失去稳定性,从而影响正常生产。如果平衡盘灵敏度过低,转子左右移动时,平衡力变化很小,则会造成转子与定子研磨。而过大的轴向移动,会使转子发生振动、失去稳定,平衡盘发生研磨。为了转子在轴向间隙变化时能使轴向力发生显著变化,必须提高平衡盘的灵敏度。通常取灵敏度K[3]。
3.2平衡盘的材质
不同材料的耐磨性、耐冲击性、耐腐蚀性不同,平衡组件的磨损也不同,这是影响使用寿命的重要原因之一。通过研究调查,使用铸铁制造的平衡盘耐性最差，其使用寿命在1 000 h以下；由铬钢制造的平衡组件寿命可达3 000 h以上；用硬质合金制造的平衡组件寿命在4 000 h以上。对泵轴材料，17-4PH合金对应的国内牌号为05Cr17Ni4Cu4Nb，在进行热处理后具有很好的机械性能，抗拉强度可以达到1 070 MPa以上。该材料广泛应用于机电产品的主轴、大型机械的阀杆及石油装备的配件等。该钢具有优良的抗腐蚀性和焊接性能，其强度水平与Cr13型马氏体不锈钢相当，耐腐蚀性与18-8型奥氏体不锈钢相当[4]。
3.3三台给水泵共用一条平衡管
根据离心泵的特性，定频电机驱动的泵启动后瞬间到达额定转速，当泵的平衡腔内温度迅速升高、压力低于汽化压力时，在轴向力作用下，转子轴向运动不能趋于稳定，平衡鼓盘和平衡套压盖端面就会发生碰撞，这也是平衡组件咬死的重要原因。根据现场操作流程分析，这三台高压锅炉给水泵共用一条平衡管会造成P811A/B/C启动时平衡线压力难以控制，容易造成平衡腔内液体气化，导致平衡盘长期磨损，磨损后造成平衡力不足、启泵时轴向力大，造成瞬时咬死。
4处理措施
4.1适当提高平衡盘的灵敏度
平衡套、平衡鼓盘及平衡套压盖检修时全部更换成新品，并将新品的运转间隙位置尺寸从φ140 mm/φ235 mm加大至φ145 mm/φ240 mm，以增加灵敏度或平衡力。
4.2材料升级
通过调研水泵在实际使用中平衡盘机构运行情况表明，采用铬钢制造平衡环和平衡盘，耐腐蚀性及耐磨性较好。因此，将主轴材质更换成新品，主轴跳动最大值0.11 mm，加强了主轴刚性，材质升级为17-4PH。
4.3平衡管外接改成内接
分析故障后，结合实际工艺介质及温度，将3台高压锅炉给水泵平衡管全部改成内接结构，外筒体增加平衡管法兰，泵盖上的平衡孔返工，避免设备在启动过程中平衡腔压力升高，从而避免平衡腔内液体气化，解决机泵启动过程中平衡盘频繁抱死的问题。
5实施后运行效果
在装置检修期间对3台高压锅炉给水泵进行改造后，P811A/B/C在启动的过程中未出现过平衡盘抱死现象，泵给水温度、压力、流量全部满足生产要求。
设备安全平稳运行，温度、流量、振动等各项指标全部正常，保障了稳定生产。统计改造前后故障时间，可以看到整改后高压锅炉给水泵连续2年未发生故障。通过本次技术攻关，解决了轻油加工装置高压锅炉给水泵频繁故障的问题，故障次数明显减少，日常维护减少，有效减少了检修需要的人力、物力、财力。本次改造成功解决了高压锅炉给水泵重复、频发故障的问题，至少节省了检修费30余万元。
6结语
通过设备运行故障分析及总结，分析了设备频繁故障的主要原因，平衡盘的灵敏度和材质、3台高压锅炉给水泵共用一条平衡管是造成高压锅炉给水泵启动时平衡线压力控制困难、平衡腔内液体气化、平衡盘长期磨损、造成瞬时咬死的主要原因。将3台锅炉给水泵的外平衡线改造为内接平衡结构后，目前锅炉给水泵运行状况良好，平衡室压力均稳定在0.4 MPa以下，有效解决了设备在启动过程中平衡盘抱死故障，确保了锅炉给水系统的稳定性，为装置平稳运行作出了积极贡献。运行实践表明，此次TDF型高压锅炉给水泵平衡管的改造是成功的，可为同类锅炉给水泵的设计和运行提供参考。
参考文献：
[1]江劲松.浅谈泵的维护与检修[J].设备管理与维修,2021(20):64-65.
[2]叶亚坤.浅谈一种多级离心泵平衡盘磨损故障解决办法[J].中国科技纵横,2018(19):60-61.
[3]赵洪文.多级离心泵平衡系统设计原理[J].科技信息,2011(32):174-176.
[4]刘春燕,李敬民.17-4PH沉淀硬化不锈钢力学性能稳定性研究[J].热加工工艺,2018,47(20):178-185.后台-系统设置-扩展变量-手机广告位-内容正文底部 -
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高压锅炉给水泵运行故障分析及处理论文
人参与 2024-12-02 11:44:37 分类 : 管理学 点这评论 作者：团论文网 来源：https://www.tuanlunwen.com/
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