輸送制冷劑用立式多級離心泵的安裝與維護

張 勇

（康泰斯（上海）化學工程有限公司，上海 201203）

0 引言

在一些液化天然氣工廠中，混合制冷劑輸送泵是不可缺少的設備。由于該泵的結構和所輸送介質的特殊性，制冷劑泵不同程度出現過機械密封嚴重磨損、漏液、泵軸卡死，甚至軸變形及軸被磨損的情況，嚴重影響裝置的正常運行。經過對多個工廠的不同型號制冷劑泵的安裝、調試、運行等階段的調查、對比和分析，針對不同階段制定了相應措施，嚴格安裝調試階段的精度控制，調整了運行階段的參數要求，在內蒙古某液化天然氣工廠中予以實施。通過投產近一年時間的回訪跟蹤，該工廠的制冷劑輸送泵工作狀態良好，沒有出現機封磨損或泄漏現象。

1 制冷劑輸送泵的結構型式及工藝特點

該類泵屬于立式多級離心泵，輸送介質為混合烴類為主的液態制冷劑。由于烴類液體易揮發，所以對泵的汽蝕余量要求較高。此類泵一般將泵體部分安裝在水平面以下，以便于其他關聯設備的布置。為滿足泵較小流量和較大揚程的需要，該類泵葉輪直徑較小，級數多，主軸細長。以典型的壓縮機級間泵為例，葉輪直徑175 mm，級數15級，軸徑50 mm，軸長4046 mm，設計揚程539.5 m，額定流量65.37 m3/h，最小穩定流量36 m3/h。該泵采用串聯式機械密封，API682中的P13沖洗方案，P72與P76方案相結合的吹掃、排放方案。

2 安裝過程中的主要難點和相應的處理措施

2.1 基礎準備

該類泵的基礎為井式坑基，混凝土澆注成型，基坑內深4500 mm，內徑500 mm，地上部分高120 mm，外方內圓形基礎，預留地腳螺栓孔。一般土建施工單位對該類基礎的施工精度要求重視不足，支模和澆筑時采取的措施不力，致使很多基礎內壁垂直度不能滿足安裝要求，安裝時泵筒容易與基礎相碰，影響安裝精度，進而影響泵的穩定運行。

為保證基礎的施工精度，內部模板在地面上嚴格按圖紙尺寸加工，并可靠固定。在鋼筋籠內設置定位鋼筋，將模板與鋼筋籠固定后一起吊入基礎坑內，按要求精確定位、可靠固定。在澆注過程中和完成后進行測量，保證基礎內壁的垂直度和直線度。

2.2 底座板和泵筒找正、找平

底座板的定位精度和水平度直接影響了泵的安裝精度，底座板定位不準確可能會導致泵筒與基礎內壁相碰，使得找平過程中產生額外應力，影響泵的正常運行。因此先將底座板用墊鐵支在基礎上，按圖紙尺寸大致定位后，沿內圓用線墜測量基礎內壁不同角度的垂直度，線墜中心到基礎內壁的距離最小處不得<20 mm，以保證調平時有足夠的余量；底板找正完成后應及時進行地腳螺栓的一次灌漿。

一次灌漿層強度達到要求后，應先用正式墊鐵對底座板進行找平，偏差應<0.05 mm/m，此時不能立即進行二次灌漿，需要將泵筒安裝在底座板上、堅固好螺栓，在泵筒上平面加工面上復核水平度，并做好記錄，再將泵體安裝就位，按90°間隔緊固4條連接螺栓后，在泵體上方電機安裝面上再復核一次水平度。如果所測數據與泵筒處測得的數據接近且不超出偏差要求，則認為水平度滿足要求，否則應重新調整。由于加工原因，3個平面上測得的數據可能不一致，即坡向相反的情況，此時應綜合考慮，在保持底板少動的情況下，使泵筒和泵體偏差的平均值最小。泵的地面部分結構如圖1所示。

2.3 泵與電機找正

臥式泵軸對中通常是在電機軸和泵軸的聯軸器背輪處進行的，泵軸和電機軸都能手動盤車，且受重力影響，兩軸在徑向不會產生較大偏移；而此類立式泵在聯軸器安裝前，泵軸和葉輪是支撐在泵體底部環形座上的，在安裝聯軸器時需要按廠家提供的數據將泵軸提高一定距離的，因此對中時泵軸盤車不方便，且機械密封和最上面一級口環對軸的徑向限制有限，不能使軸始終處于準確的中心位置，用力盤車時會時泵軸產生不確定的中心偏移，從而無法進行正常對中。如果保持泵軸不動，只轉動電機軸進行找正，則不可避免受到背輪加工和安裝精度的影響，所測偏差并不能反映出實際的軸偏差值。

圖1 泵的地面部分結構

為解決上述問題，將泵側的找正位置選擇為機械密封的安裝座內壁，將杠桿式百分表固定在電機背輪上，測量桿放置在機械密封座內壁，對電機進行找正。用這種方法找正后，保證了電機軸與機械密封座的同心精度，從而也能保證電機軸與機械密封的同心度，這樣就完成了兩軸的徑向找正。之后固定電機、安裝機械密封，按廠家數據提升泵軸，安裝聯軸器。為了測量兩軸的軸向偏差，需要在聯軸器附近的泵體上固定一支普通百分表，分別將測量桿放置在背輪外表面上和兩軸外露部分的根部，盤車測量各部位的偏移量，其值不應>0.05 mm。如果偏差超出要求，則將聯軸器脫開，旋轉一個角度后重新連接，并重新測量軸向偏差值。此類泵出廠前一般做過預裝配，通過調整聯軸器的角度一般都能達到軸向找正的要求，除非特殊需要，不得用在電機安裝面上加墊片的方法調整軸向偏差。

2.4 管道、設備系統清潔度

該類泵所在系統的上游管道較復雜，且有空冷器和緩沖罐，很多設備和管道死角容易存留雜物，在系統沖洗時經常出現泵入口過濾器堵塞的情況。由于烴類液體極易汽化，入口過濾器堵塞后會很快出現泵體內液位下降，機械密封失液無法冷卻和潤滑狀況，從而導致機械密封損壞，因此在安裝和吹掃過程中必須嚴格檢查設備和管道系統的清潔度，防止殘留雜物過多，在試運行期間對泵造成損壞。

3 調試過程中的主要技術措施

3.1 充液與排氣

由于工藝需要，該類泵不能以水作為試車介質，一般在裝置試車階段采用液相冷劑，此時系統已經完成置換與干燥，試車用冷劑已經加入泵入口罐。系統具備條件后打開泵入口閥門，將液體冷劑引入泵桶，打開泵體上的排氣閥，將氣相排入罐內，數分鐘后緩慢打開密封腔沖洗放空閥，將泵體內沒有排出的氣相全部排出后關閉放空閥。由于混合制冷劑易汽化，為防止啟動泵時機封內沒有液體而損壞機封，每次啟動泵前必須進行放空操作。

3.2 沖洗方案及參數調整

該類泵采用API682中的P13和P72/P76相結合的沖洗、吹掃方案，如圖2所示。

方案P13是從密封腔引出輸送介質作為沖洗液，經限流孔板后回到泵入口。該方案為既可以對機械密封進行冷卻，又可以將運行過程中產生的氣體排出密封腔，帶有放空閥的沖洗管還可以在啟動泵前先進行排氣操作。沖洗管應保持清潔，限流孔板不得堵塞，安裝時應仔細檢查，運行初期應定期進行檢查清理，限流孔板的通暢是保證機械密封正常運行的一個重要環節。

P72方案是從外部引入低壓氮氣作為緩沖氣，緩沖氣經控制盤進行過濾、調壓、限流后，以一定的壓力和流量進入二級密封腔，對一級密封泄漏的介質進行稀釋和吹掃，以減少二級密封的泄漏。

P76方案是將一級密封泄漏的介質和緩沖氣排出二級密封腔，控制盤設有限流孔板和壓力變送器，以便于出現較大泄漏時發出報警。

由于混合制冷劑多為烴類，當一級密封泄漏較多的液體冷劑，不能及時稀釋和排出二級密封腔時，會產生大量的熱量，導致烴類介質結焦，進而可能導致密封失效，其他工廠同類泵曾出現過從排氣管口排出黑色黏稠結焦物的情況。因此，緩沖氣的進氣壓力和流量、排氣壓力均應嚴格按廠家說明書給定的指標進行調整，進氣壓力應保持在（0.4～0.7）kg/cm2，排氣壓力（0.1～0.4）kg/cm2，流量（0.2～0.4）m3/h。

圖2 沖洗及緩沖氣系統

4 運行過程中的技術管理

4.1 泵的最小連續流量

根據 API（American Petroleum Institute，美國石油學會）標準的規定，離心泵的最小連續流量分為最小連續穩定流量和最小連續熱限制流量，最小連續流量取最小連續穩定流量和最小連續熱限制流量中的最大值，在泵的選型或使用過程中，工藝要求的最低流量必須大于泵的最小連續流量，否則會造成泵的振動、噪聲、汽蝕，從而使泵的零部件遭到破壞。如果泵的最小連續流量無法滿足工藝最小流量的要求，可以在泵的管路上安裝旁路回流裝置或回流系統裝置，以確保泵的最小連續流量。

該類工廠的工藝流程中都設計有泵的回流管線，回流閥的開關由泵出口的流量自動控制，但在實際操作中，由于下游用量相對較小，特別是裝置低負荷運行時，下游流量經常小于泵的最小流量，如果將回流線控制閥投入自動運行，會使下游的壓力的流量產生波動，影響冷箱的溫度調整，所以操作人員習慣將回流閥直接全關，只考慮下游的穩定運行，而忽視了對泵的影響。裝置長期、低負荷運行時，很容易損壞機械密封、葉輪、軸等部件。

根據裝置工藝特點，對操作參數進行優化，修正下游流量控制閥和回流控制閥的PID（Proportion Integration Differentiation，比例積分微分）控制參數，減小了回流閥動作對下游流量和壓力的影響。操作程序的調整：在開車階段和低負荷運行時，先采用手動控制回流量的方式，保證泵的最小流量，當裝置穩定運行后，再投入自動控制。對操作人員進行理論和實踐培訓，提高了操作人員對泵的最小流量重要性的認識，有效保證了此類泵的正常運行。

4.2 日常巡檢及維護

泵的日常巡檢應重點關注機械密封有否泄漏，軸承溫度，泵體的振動情況，緩沖氣的壓力和流量是否正常等。