雙吸雙支撐泵振動異常原因分析及處理措施

潘向東 高麗 王芳

中國石油天然氣股份有限公司吉林石化分公司 吉林吉林市

石化公司乙烯配套裝置采用“兩頭一尾”，即兩套反應(yīng)一套精制的模式。在兩套反應(yīng)并入一套精制的系統(tǒng)中，有3臺P-9115A/B/C泵，為精制單元提供溶劑水。由于P-9115A/B/C泵處于兩套反應(yīng)裝置的匯集處，泵的長周期穩(wěn)定運(yùn)行顯得格外重要。泵吸入壓力0.14MPa，排出壓力1.55MPa，入口法蘭12英寸，出口法蘭8英寸，介質(zhì)溫度115℃，額定流量510.8m3/h，揚(yáng)程152.8m，驅(qū)動端軸承SKF6312，非驅(qū)動器軸承SKF 7312BEGAY，機(jī)械密封JOHNCRANE3648-2平衡型雙封（API型號代碼BDPIN），膜片聯(lián)軸器（THOMAS 71350），電機(jī)功率355kW，轉(zhuǎn)速3000r/min。

一、故障現(xiàn)象

裝置由國內(nèi)知名工程建設(shè)公司設(shè)計(jì)，2010年6月中旬投產(chǎn)。裝置采用API標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行招標(biāo)采購，轉(zhuǎn)動機(jī)械采用了國際知名流體機(jī)械公司ITT離心泵，但在水運(yùn)期間（設(shè)備單體試車），發(fā)現(xiàn)P-9115A/B/C泵軸承箱及出入口相連的管網(wǎng)振動超出標(biāo)準(zhǔn)值較大，軸承箱處的溫度監(jiān)測探頭PT100經(jīng)常處于報(bào)警狀態(tài)。對泵入口管網(wǎng)及軸承箱振動進(jìn)行測量，振動速度10mm/s，咨詢ITT國際公司3620 M 8X12-15Q型機(jī)泵，電機(jī)功率355kW，振動最高值應(yīng)≤5mm/s。另外根據(jù)API旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動標(biāo)準(zhǔn)，振動值也應(yīng)≤5mm/s。在軸承箱不帶冷卻水夾套的情況下，溫度監(jiān)測＞85℃標(biāo)準(zhǔn)值（報(bào)警值）也是不允許的。機(jī)泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)入口過濾器晃動大，尤其是P-9115C泵運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，過濾器端面振動值在12mm/s，同時(shí)P-9115C泵單獨(dú)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，P-9115B泵、P-9115A泵的入口過濾器也晃動達(dá)10mm/s。振動和溫度超出設(shè)計(jì)值較大，會加快機(jī)泵損壞，使機(jī)泵整體使用壽命降低。圖1為P-9115A泵安裝狀態(tài)照片。

二、原因分析

對比ITT公司為本裝置提供的其他泵的振動情況，認(rèn)為該泵振動過大，在廠家確認(rèn)設(shè)計(jì)以及泵本身沒問題的情況下，對以下幾方面進(jìn)行了檢查。

（1）檢查泵與電機(jī)的對中情況，打表數(shù)據(jù)，內(nèi)圓0.05mm，外圓0.08mm，符合ITT公司的要求。

（2）檢查泵出入口法蘭應(yīng)力及扭矩情況，參照表1、表2數(shù)據(jù)，實(shí)測值都在ITT公司要求的范圍內(nèi)。

表1 出入口法蘭允許最大應(yīng)力與實(shí)測值對比 N

表2 出入口法蘭允許最大扭矩與實(shí)測值對比 N·m

圖1 改造前輪廓圖（側(cè)面）

（3）對泵軸承、基礎(chǔ)、地腳以及緊固件等方面進(jìn)行排查，均未發(fā)現(xiàn)異常。

（4）對泵出入口管線進(jìn)行檢查。P-9115A/B/C泵入口過濾器均為水平布置，支撐為管線上部吊裝。

從圖1中入口過濾的安裝情況看，彎頭在入口過濾器之后，泵吸入端法蘭之前，入口直管段不足管徑的3倍，可以作出以下分析：①吸入端流體經(jīng)過彎頭產(chǎn)生偏流和漩渦流，會降低泵出口壓力和泵效率，還會造成進(jìn)口流體帶氣，產(chǎn)生氣縛現(xiàn)象；②吸入端雙吸入口的條件不同，流體流量不均勻、水力損失等不同，造成泵軸向力不能自平衡，泵工作能力和效率下降，電機(jī)負(fù)載過大，軸承磨損加劇壽命縮短。③入口過濾器的安裝高度為1121mm，泵更換軸承或機(jī)械密封以及泵大修時(shí)，檢修人員作業(yè)極為不便。

三、處理措施

雙吸泵的兩個(gè)入口以軸線對稱均布，如果進(jìn)口管沿著泵軸向進(jìn)入到泵入口上方位置，再向下拐彎進(jìn)入到泵入口，則流體的流量對于兩個(gè)吸入口均布，即入口第一彎頭是垂直安裝（與泵軸垂直），這種情況下沒有接管必須大于數(shù)倍管道直徑的要求。如果進(jìn)口管沿著泵軸線垂直方向進(jìn)入到泵入口上方位置，再向下拐彎進(jìn)入到泵入口，這種情況下，若接管沒有大于數(shù)倍的（至少3倍于管道直徑）管道直徑，流體的流量則對兩個(gè)吸入口不均布，容易產(chǎn)生振動并對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生一個(gè)徑向力，不利于泵的運(yùn)行。因此，必須增加入口直管段的長度。入口直管段的改造方式有很多種，基于現(xiàn)場實(shí)際，必須以節(jié)省檢修時(shí)間和降低材料備件的采購周期為原則。入口管道的直管段設(shè)計(jì)主要取決于入口過濾器的形式，入口過濾器選型仍為T形過濾器，但流向改為從上至下垂直流動，彎頭在過濾器之前，直管段高度為2.2m。圖2為改造完成后的照片。

四、結(jié)語

圖2 改造后圖

離心泵管道，特別是吸入管道，能嚴(yán)重影響泵的操作效率和壽命，是確保泵始終處于正常工作狀態(tài)的關(guān)鍵。吸入管道設(shè)計(jì)不當(dāng)將破壞泵設(shè)計(jì)時(shí)的自身平衡性，導(dǎo)致空氣或水蒸氣夾帶進(jìn)入泵中引起氣縛，導(dǎo)致振動異常，并使葉輪偏離泵腔中心位置。氣縛能引起葉輪嚴(yán)重磨損，而偏離平衡位置能導(dǎo)致軸輕微的偏心轉(zhuǎn)動，最終磨損泵的軸承使密封失效。改造完成后P-9115A/B/C泵軸承箱及入口管網(wǎng)的振動值均在要求的范圍內(nèi)，軸承箱溫度監(jiān)測也正常，經(jīng)過3年的運(yùn)行，泵狀況一直良好。通過現(xiàn)場泵的振動分析以及實(shí)際運(yùn)行，可知泵入口T形過濾器的選型不當(dāng)，從而造成泵入口直管段的距離不夠，是引起泵振動異常的直接原因，因此在設(shè)計(jì)安裝大型泵時(shí)，出入口管線的設(shè)置必須符合相關(guān)規(guī)范。