流量、溫度及軸承質量對屏蔽泵的影響

馬淑芝

（大慶油田天然氣分公司油氣加工六大隊，黑龍江大慶 163000）

1 故障及檢查情況

塔底型號CAM3/5+6，泵排量10.36 m3/h，揚程316 m。2006年11月投產使用，12月28日17：00，泵運行過程中自動停泵，到現場檢查，未發現異常，對配電系統及電機進行檢查，發現泵保護跳車，電機絕緣歸零，泵無法運行，初步判斷電機線圈燒損。至發生故障為止，泵累計運行684 h。針對泵在投用很短的時間內就發生故障的現象，從以下幾方面影響因素進行了調查分析，并逐一確認。

（1）泵十一級葉輪出口側磨損嚴重，高壓段軸承固定部件損壞（轉動部件未損壞），推力盤損壞，而低壓段軸承、推力盤并沒損壞。

（2）由于塔釜液位有低報警，泵出口有調節閥控制塔液位，泵不會出現塔液位低，泵抽空現象。泵出口有一手動閥進行回流調節，回流至塔釜泵入口側，閥門全開，主要調節塔溫，泵入口溫度可以保證以設計范圍內。

（3）T30溫度保護器在自動停泵前一直投用，廠家提供的T30溫度保護器，目前未進行過調整，泵首次安裝試運為水運，由廠家技術人員到現場負責調試，但目前保護設定值經現場確認為80℃（廠家設定），遠遠超出泵運行工況條件要求。

（4）泵入口過濾器為60目籃式過濾器，可以滿足泵運行工作需要。檢查入口過濾器未發現雜質，入口濾網未損壞。

（5）泵運行狀態為連續運行，自2006年11月30日運行至12月28日自動停泵。

（6）到現場檢查泵發生故障近一段時間的相關記錄報表，情況為：產輕量較以前沒有變化，塔底溫度（11～17）℃，塔液位50%，泵入口壓力 1.3 MPa，出口壓力（2.8～3.0）MPa，均在正常操作范圍內；電流保護設定值在現場可以查到，設定合理（電流保護值為56×1.2=67.2 A，泵額定電流為69 A）。

（7）現場檢查發現極少量的焊渣和部件磨損碎屑。但是，焊渣不是主要影響因素。分析焊渣經過流道輸送，可能到空心軸處有一定影響，但空心軸沒有堵塞。

2 原因分析

2.1 溫度及流量對泵的影響。

泵輸送輕烴量偏低或入口溫度過高后高溫氣化，T30溫度保護器設定值偏高，未起到保護作用，導致軸承炸裂，葉輪、泵段等部件出口側磨損。

（1）從現場情況看，產烴量較前段時間沒有變化，塔液位控制正常，泵參數正常。泵出口閥靠手動閥和壓力自動控制閥調節，按每天產量平均來算，每小時產量2.5 t，流量相對較小，但泵回流有一部分量沒有計量。為此，對泵極限工況（即當泵出口調節閥全關，泵回流全開條件）進行核算，是否滿足泵最小流量需要，如果不能滿足，則可能是二級產生汽化，造成泵故障發生（表1）。

表1 設計院提供給制造廠家設計數據

核實結果：經計算，塔底泵出口調節閥在全關的情況下，泵出口手動回流線DN25能滿足泵最小流量需要，不會汽化，設計流速為2.8 m/s，可以滿足設計工況。經對泵入口溫度的考核判斷，泵入口溫度可以滿足設計要求。

（2）從廠家提供的設計數據情況（表2）看，出現問題。

表2 廠家提供技術數據

核實結果：用設計單位提供最小流量參數與廠家提供最小流量參數對比，發現廠家提供最小流量大于設計提供最小流量，有產生汽化的可能，不能滿足設計工況。用設計單位提供設計溫度參數與廠家提供設計溫度參數對比，發現廠家提供溫度范圍小于設計提供溫度范圍，有產生汽化的可能，不能滿足設計工況。

2.2 軸承質量的影響

碳化硅軸承特點：耐磨、耐高溫、機械強度高、耐高溫性能好、抗高溫蠕變、摩擦系數小、導熱系數高、熱膨脹系數低，適用于密度低，抗氣化介質。根據碳化硅的特點確定，軸承碎裂原因：①受到沖擊力作用；②工作溫度超過軸承所能承受溫度；③由于不銹鋼材料與碳化硅材料熱膨脹系數不同，如果軸承與軸套、推力盤與軸承之間裝配間隙不合適，可能造成軸承被擠裂。

由此分析：①由于泵為連續運行，不可能產生較大沖擊力；②碳化硅軸承通常在工作溫度為（-40～+250）℃不會發生軸承炸裂（廠家提供軸承最高承受溫度為160℃，廠家T30調溫范圍最高可以調至150℃）。由于軸承導熱性能好，軸承與推力盤之間為碳化硅磨擦副，泵在保護值80℃又一直未動作，故判定泵腔內溫度不會超過160℃，這種情況下，如果軸承質量合格不會發生軸承炸裂（輕烴在35℃下的飽和蒸汽壓為1.3 MPa）。

2.3 電機定子本身質量的影響

定子在制作過程中，由于存在質量問題，導致泵運行中出現電機外殼體溫度達到55℃左右，有可能對輸送介質的溫度產生影響，提高介質溫度，導致介質汽化。

3 故障原因確認

（1）屏蔽泵正常磨損應是入口側磨損（產生高壓側向低壓側的推力），目前是出口側磨損嚴重，說明是由于軸向力小于平衡力造成。這種現象的產生，主要是由于廠家提供最小流量、入口溫度參數與設計院提供最小流量、入口溫度參數不匹配。導致泵在滿足設計參數，偏離廠家制造參數的工況下，產生汽化，轉子部件磨損，泵軸承損壞。

（2）由于電機運行中定子溫度過高，導致泵內介質溫度升高，加速汽化，導致泵十一級葉輪出口側磨損嚴重，高壓段軸承固定部件損壞，推力盤損壞，而低壓段軸承、推力盤并沒損壞。

4 泵的修復

泵故障原因確認后，制定了該泵的修復方案，主要內容如下。

（1）按設計參數對泵未損壞的轉子部件，包括平衡盤徑向和軸向間隙、平衡孔等部位進行改造。

（2）更換損壞部件。

（3）更換電機定子繞組，降低電機溫升。

修復后，泵運行參數正常，已經運行近2年，設備運行狀況良好，達到了預期效果。