磁力泵開車不成功原因分析及處理措施

羅偉雄（中海石油化學股份有限公司裝置保運部，海南東方 572600）

磁力泵開車不成功原因分析及處理措施

羅偉雄
（中海石油化學股份有限公司裝置保運部，海南東方 572600）

分析磁力泵在檢修后開車反復出現軸抱死原因，提出該磁力泵開車程序存在的問題及改進措施，成功解決了該故障，為今后同類設備出現類似故障提供參考。

甲醇；磁力泵；抱死；汽化；開車程序

80萬t/a甲醇生產裝置是中海油化學股份有限公司海南東方基地的化工裝置，該裝置采用英國DAVY工藝技術。由于磁力泵的優越性能及良好生產安全性，使磁力泵在化工生產越來越得到廣泛使用，80萬t/a甲醇裝置就采用了10臺各種規格型號的磁力泵，驅動電機勻為變頻電機。2015年1月，工藝操作人員在將運行的B泵倒為A泵運行操作時，A泵抱死。檢修人員隨即展開檢修，但檢修后的泵在開車幾分鐘內，軸再次抱死，反復二次情況基本一樣。本文就開車失敗的原因及處理方法進行分析。

1　磁力泵的工藝流程及結構特點簡介

精餾塔回流槽D332壓力為0.7MPa的甲醇，經精餾塔回流泵J433輸送到精餾塔D232頂部分餾（見圖1）。磁力泵是先進的懸臂式離心泵，由電機，內磁轉子和外磁轉子組成。如圖2所示：葉輪、泵軸、徑向軸承、止推軸承和內磁缸組成內磁轉子；外磁轉子由外磁缸、傳動軸和滾動球軸承組成；內磁缸與外磁缸之間有一個隔離套。內磁缸與外磁缸的磁力相互作用，使內磁轉子在隔離套密封的工作腔內高速旋轉輸送液體，外磁轉子的球軸承潤滑為機油潤滑，而內磁轉子的軸承則依靠介質本身潤滑和冷卻。內磁轉子被隔離套封閉在泵殼內，沒有軸端密封，具有零泄漏、無機械密封冷卻器及輔助管線等特點，在化工行業特別是易燃易爆、有毒有害介質輸送場所，得到廣泛采用。

圖1　磁力泵工藝流程圖

內磁轉子的徑向和止推軸承均為碳化硅滑動軸承，在高溫下燒結而成。碳化硅軸承雖然硬度很高，但一旦潤滑和冷卻不到位或不正常，幾分鐘內碳化硅軸承就因相互研磨而粉碎，造成設備嚴重損壞。在生產裝置建成原始開車時，由于工藝介質經過一系列的靜設備后，攜帶著各種的細微顆粒，特別是更換新的觸媒，40目的泵入口過濾網不能阻擋粉狀觸媒粉，堵塞了潤滑冷卻通道而使泵嚴重損壞，這種情況在裝置試車初期，磁力泵曾發生過幾次的。

那么，甲醇是如何潤滑和冷卻磁力泵內磁轉子軸承的呢？如圖3所示，首先一根管道將甲醇從泵出口引入泵蓋內通道A，進入軸承支架內部后，分B、C、E三路，其中C、E二路分別進入前后軸承，E路甲醇進入前軸承，經潤滑和冷卻直接回到泵葉輪背側，C路進入后軸承，經潤滑和冷卻后流到軸承支架和內磁缸之間腔體內；另一路，B路甲醇從軸承支架通過軸側上的四個直徑為￠10mm 的孔，進入直徑為￠16mm長度約300mm的軸中心孔通道后從軸頭后端流出，來到內磁缸與隔離套的軸向縫隙里，接著180°折返，帶著內磁缸和外磁缸相互作用產生的熱與B路會合形成D路，一起流入葉輪背面，最后從葉輪平衡孔流回葉輪入口。潤滑冷卻液通道的入口在泵的出口，出口在泵的入口，泵正常工作情況下，出口壓力為1.35MPa，入口壓力為0.71MPa，出口與入口的壓力差使介質產生流動而不斷循環、不斷更新。為了保證介質在這過程中不斷循環，帶走軸承產生的摩擦熱，磁力泵在啟動及運轉中嚴禁小流量狀態下運行，設備操作手冊特別強調出口閥不能完全關閉，必須確保有最小1/4的開度。這是磁力泵與普通離心泵啟動時的不同之處。

圖2　磁力泵結構圖

圖3　磁力泵潤滑流動圖

2　磁力泵故障發生過程

2015年1月17日，工藝在倒泵開車過程中，發生A泵傳動軸抱死盤不動車，根據經驗，磁力泵傳動軸抱死，基本上都是內磁轉子抱死，而內磁轉子抱死都是碳化硅軸承損壞造成。經解體檢修故障泵，發現碳化硅軸承損壞，特別是后軸承損壞較重。磁力泵檢修過程是嚴格按程序進行的，第二天下午完成檢修后，按工藝開車程序試車，但啟動不到一分鐘，泵體發出異常的響聲而采取緊急停泵措施。

斷開聯軸節后，泵軸盤不動，再次解體檢查發現，后徑向軸承和止推軸承已經損壞。判斷可能是灌泵排氣不徹底，隔離套內有空氣，致使潤滑、冷卻不到位，碳化硅軸承旋轉產生的摩擦熱，使液態甲醇迅速汽化為汽態甲醇，汽態甲醇封住潤滑通道進出口，缺乏冷卻潤滑液的碳化硅軸承即刻損壞。為了確保開車前隔離套內的空氣排盡，技術人員想出了從泵體到隔離套法蘭一直鉆通，然后在隔離套法蘭上加工管螺紋并安裝1/2〃儀表閥（見圖3），作為磁力泵工作腔內的排汽閥，此舉也得到廠家現場技術員認可。經改造加裝排氣閥的磁力泵，已能夠確保灌泵排氣徹底，隨即按程序進行試車，但很快磁力泵再次因泵發出異常響聲而被迫停泵。

解體檢查發現同樣也是后軸承損壞，特別是止推軸承損壞較嚴重，這是軸向力過大引起。前軸承未損壞，應該是泵在發出異常響聲后，操作人員及時停泵未造成更嚴重后果。

圖3　加裝的排氣閥

3　磁力泵故障原因分析

磁力泵二次開車勻失敗后，不得不重新審視檢修和開車到底哪個環節出了問題。廠家現場技術員之前曾多次和維修人員一起檢修，廠家技術員認為整個檢修過程的程序很規范，質量控制很到位，檢修質量是沒有問題的。

如果檢修質量沒有問題，那么就是開車環節了。通過對磁力泵結構特點，及設備操作手冊要求和現場開車程序的梳理，初步認為問題應該出在開車方面。見圖1，普通離心泵即軸端密封為機械密封的開車程序：B為運行泵，A為檢修好的試車泵，操作人員首先將A泵出口閥關閉，將入口閥緩慢打開進行灌泵，入口壓力低的可打開出口旁路閥灌泵，同時打開高處排氣閥排氣，之后關閉旁路閥，盤車檢查正常后啟動A泵，當出口壓力正常后，緩慢打開A泵出口閥，同時關閉B泵出口閥。待A泵正常運行后，才關停B泵。

磁力泵的內磁轉子是依靠介質本身來潤滑冷卻的，設備操作手冊強調，任何情況下不允許小流量運行，特別是嚴禁出口閥處于關閉狀態，因為當泵的流量為零時，葉輪所吸收的功率就轉變為熱能傳給所輸送的介質，這將使甲醇汽化，缺乏潤滑液的碳化硅軸承將很快磨損并損壞，因此要求，磁力泵啟動前出口閥先開啟1/4。眾所周知，化工裝置工藝流程特點是連續、穩定的運行，工藝人員在倒泵和試車操作時，為保險起見及確保工藝的運行穩定性，通常要求試車泵運行正常后，才關停另一臺泵。問題就出在這里，見圖1，首先看泵入口管道設計，A、B泵共用一根入口管線，如果B泵運行狀態下啟動A泵，勢必出現二臺泵搶流量而造成入口流量不足，而B泵的轉速一直處于正常運轉狀態，并且磁力泵是變頻電機驅動，啟動過程是個逐步升速的過程，在這段時間里，正在啟動的A泵由于轉速較低，入口流量搶不過正常運行的B泵。再看出口管道的布局，A、B泵出口管線也是匯合到一根管線上，正常運行的B泵出口壓力高達1.35MPa的甲醇，完全將A泵出口止逆閥死死頂住，只有A泵出口壓力也達到1.35MPa才能頂開止逆閥。因此，在A泵止逆閥打開之前這段過程的時間里，A泵一直處于無流量運行，此時泵的流量雖然為零，但葉輪所作的功并不為零，這使葉輪作功產生的熱能及碳化硅軸承摩擦產生的熱能，全部給甲醇吸收，吸收大量熱能的液體甲醇，溫度一旦超過飽和汽化溫度將迅速汽化，無液體潤滑的碳化硅軸承很快損壞。不斷膨脹的汽態甲醇，使轉子軸向力變大，同時電機升速的過程也使轉子軸向力加大，二個變大的軸向力疊加，造成后止推軸承片最先損壞。假如B泵處于停止狀態會是什么情況？首先，二臺泵就不會出現入口爭搶流量的情況，而且A泵的出口止逆閥的壓力就不是B泵的出口壓力1.35MPa，只要達到精餾塔D233的操作壓力0.8MPa，A泵就可頂開出口止逆閥。計算可知，停B泵再啟動A泵，泵只需要升壓0.8－0.71 =0.09MPa（約1kg/cm2）；而不停B泵就啟動A泵，泵則需要升壓1.35－0.71 =0.64MPa（約6.5kg/ cm2），B泵停和不停二種情況下啟動A泵，打開止逆閥二者的壓力相差約6倍。因此，該磁力泵不能按普通離心泵操作程序進行倒泵和開車。

為什么其他磁力泵就沒有出現在倒泵過程軸抱死的情況呢？首先要清楚甲醇的一個物理特性，在大氣壓0.101 3MPa （760mmHg）時，即一個標準大氣壓下，精甲醇的汽化溫度64.7℃。從表1可以看到，前三臺磁力泵的介質為粗甲醇，成分含各種雜質和水，含雜質和水粗甲醇汽化溫度應該比精甲醇的要高。再看后二臺，精餾塔回流泵J433和回收塔回流泵J436的介質都是精甲醇，但J433的入口溫度遠遠超過J436的入口溫度，而且是汽化溫度64.7℃的二倍，高達123℃。當泵啟動時，不合理的啟動程序，會造成入口流量不足，特別是出口止逆閥關閉狀態下，易誘使高溫液態甲醇汽化，造成碳化硅軸承損壞，這應是J433開車時容易發生故障的原因之一。

表1　磁力泵性能參數表

4　故障原因及采取措施

通過現場勘察和設備操作手冊仔細研究，找到精餾塔回流泵J433檢修開車易發生抱軸的原因，主要是設備開車程序上的原因，采取了普通離心泵操作程序進行倒泵和開車，結果會產生磁力泵維護操作手冊中，禁止小流量或無流量狀態運行情況發生。

改進的開車及倒泵程序：見圖5。①利用管道上最高排汽閥或在泵體上加裝的排汽閥徹底灌泵排汽；②由于介質溫度太高，適當進行暖泵；③進口閥保持全開狀態，泵出口已經有止逆閥，所以出口截止閥也全打開（說明：A/B是帶連鎖自動控制啟動的，二臺泵正常情況下，進/出口截止閥都處于開戶狀態，只有檢修需要置換和隔離介質，才關閉進/出口截止閥）；④盤車檢查無卡澀現象，同時也能攪動液體，排氣更有利；⑤特別強調，只有當運行泵按操作程序停止運行后，才能開始啟動試車泵。

圖5　開車/倒泵程序方塊圖

5　結束語

按改進后的開車程序及一些輔助措施，磁力泵J433終于順利啟動了，并投入生產裝置中。這次故障的成功處理，解決了生產困擾的問題，消除了給生產造成的不穩定因素，為今后出現類似故障提供解決思路。

Magnetic Drive Pumps Unsuccessful Cause Analysis and Treatment Measures

Luo Wei-xiong

The magnetic pump after overhaul drive shaft locking recurring reasons，the proposed magnetic drive pump problems and procedural improvements，the successful resolution of the failure to provide a reference for future similar equipment similar failure.

methanol；magnetic pump；lock；vaporization；startup procedure

TQ051

B

1003-6490（2016）05-0005-02

2016-04-25

羅偉雄（1972—），男，廣東興寧人，機械維修高級技師/機械工程師，中海石油化學股份有限公司現場技術指導。