含硫污水磁力泵軸承引入新水冷卻潤滑方案

劉建芳，李方國，馬新文

（克拉瑪依石化公司檢維修中心，新疆克拉瑪依 834003）

1 問題提出

克拉瑪依石化公司的Ⅱ套含硫污水P-5402/A、B 是2 臺原料泵，泵送介質為含流污水。自該裝置建成投產，不到半年的時間里，2 臺泵在運行過程中頻繁發生燒損故障，不但造成了裝置生產波動，還給檢修單位帶來了很大的維修工作量，并造成了較高的維修成本。

機泵發生故障時，會出現流量突然大幅下降，引發DCS 上流量報警，有時流量顯示甚至掉到零。停泵拆檢幾乎都會發現推力和徑向滑動軸承摩擦副碎裂，嚴重時滑動軸承上所有碳化硅部分全部損毀。

機泵數次故障都是在運行過程中突然發生燒損，在巡檢中很難發現故障征兆，只有待內操監盤發現原料流量大幅掉落，才發現出現狀況。而且因為機泵故障頻率高，且無法保證故障發現及時性，已經多次造成了裝置生產波動。泵送介質為含硫污水，在維修前的放空掃線中，造成環境污染的同時，其殘余介質以及揮發H2S 等有毒有害氣體，也極大危害了操作和檢修人員的健康。這引起了生產車間、檢修單位及公司處室等的關注，所以對這一問題的研究和解決迫在眉睫。

2 改進的思路及方案實施

原料泵的泵型為單級磁力泵，其在結構和原理上有別于普通離心泵[1]。它依靠高效率的內外磁套傳動扭矩，帶動葉輪旋轉做功。不銹鋼材質的高導磁隔離套隔開內外磁，起到完全封閉介質的作用。隔離套內部的葉輪轉子，采用了碳化硅軸套和軸承組合的滑動軸承型式，依靠介質循環液來形成潤滑油膜起到支撐和定位轉子的作用，所以要求介質必須有良好的潔凈度。相當于出口壓力的介質從泵蓋引流孔進入內磁空腔，一部分對內磁進行冷卻，然后直接通過中空的軸回到葉輪入口，另一部分介質通過推力軸承、徑向軸承的間隙流進葉輪后密封環以內的背葉，然后經由平衡孔進入葉輪入口（圖1）。

該泵滑動軸承組件，包含了2 組徑向和推力軸承。徑向軸承為前后2個軸套和軸承配合組成，間隙一般為0.10 mm 左右，推力軸承副是由安裝在轉軸上的推力盤和軸承函中軸承的推力面組成。軸承的徑向面和推力面上都開有供潤滑和冷卻介質通過的槽，它和軸承間隙保證了潤滑和冷卻作用的實現。

圖1 磁力泵結構

2.1 實施辦法的篩選

根據設備結構，通過查閱資料整理[2]，初步提出了如下3 個改造方案。

（1）將蝸殼出口的帶壓介質通過管路引至外部，在管路中間段加濾網過濾介質后引至軸承、磁力套。

（2）同上，引出介質的管路中段加裝旋液分離器，分離其中固體雜質后液體引入。

（3）利用泵房內潔凈介質，如采用新水，通過管路引入。

前2 個方案都存在一定的缺陷。首先采用濾網過濾來自出口的壓力介質，運行一段時間濾網難免會發生堵塞，導致潤滑沖洗不暢，繼續運行將會導致機泵燒損。采用旋液分離器，需要在蝸殼進出口上都開孔，而且還不能有效保證介質潔凈。因為旋液分離器對夾帶焦粉顆粒的介質，難以達到期望的分離效果。濾網是否已經發生阻塞以及沖洗液是否仍存在雜質，要在運行中監測是比較困難的。而且這2 種問題的影響是一個日漸趨于嚴重的過程，軸承不會立即燒損報廢，會表現在振動、溫度上逐漸出現異常情況，出現類似前述的故障。所以，前2 種方案達不到改造目的，不可取。

第3 個方案可以引入車間泵房內的新水作為沖洗液，經過差壓控制，使其大于泵介質側壓力，有效地阻止含雜質介質進入軸承腔，滿足軸承和內磁潤滑冷卻要求。因為新水潔凈且壓力穩定，而且實際需要沖洗流量不大，所以對新水消耗及工藝系統影響小。

2.2 機泵改造方案論證

（1）引入沖洗液的要求。引入外部沖洗液，主要需要考慮能否為內磁及軸承提供合適流量的潤滑冷卻液。對于內外磁來說，運行中隔離套感應出渦流，使內磁轉子與隔離套之間的環隙區域存在高熱量。所以必須有足夠的冷卻液通過此區域帶走熱量，才不至于溫度逐步升高使內磁轉子失去磁性。而軸承潤滑相對來說，只要能夠提供穩定的介質循環充滿軸承腔體，即能夠保證軸承運行穩定[3]。

（2）沖洗流量的核算。由于原先引入的內沖洗是接近蝸殼出口壓力（約1.8 MPa）的介質，經過Φ5 mm 引流孔進入內磁空腔。此時采用的沖洗液即泵房內的新水，其壓力只有0.4 MPa，所以必須核算是否能夠滿足提供足夠流量的冷卻沖洗。

磁力泵的功率為132 kW，查閱手冊渦流功率為17.6 kW，經過核算至少需要過流1.2 m3/h 的冷卻水才能夠滿足磁力套不超溫。同時根據經驗，冷卻潤滑液的流量通常為泵流量的1.6%，機泵流量為80 m3/h，可知需要流量約1.3 m3/h。所以，需要核算的流量應≥1.2 m3/h，當然還需考慮理論計算流量會大一些。

計劃從原泵蓋外側引入，設想以Φ10 mm 泵蓋引入孔核算沖洗流量。

已知從泵蓋進入軸承座的開孔長度約120 mm，內磁轉子軸長344 mm。內磁轉子軸中心通孔直徑Φ12 mm，設定泵蓋沖洗引入孔徑Φ10 mm，所以可以取近似以Φ11 mm 的孔徑來進行計算。水的黏度在35 ℃時為0.722 cP（0.722×10-3Pa·s），機泵入口壓力為0.08 MPa。

圖2 泵蓋改造外沖洗通道剖面

根據機泵結構，按照液流流經細長孔的流量公式計算沖洗液的流量，得出磁力套的冷卻流量為1.3 m3/h，滿足磁力套的冷卻要求。這也說明，只需要擴原有的泵蓋沖洗引入孔至Φ10 mm，軸上通孔不需要再進行改動。

2.3 改造實施

圖3 引入新水作為泵的沖洗液

利用原來泵蓋上部的引流孔，擴孔至Φ10 mm。而后對原孔口攻絲，用絲堵進行封堵。再在泵蓋的外側鉆Φ10 mm 孔，確保同原先的引流孔接通。泵蓋外側孔口，安裝接頭聯接新水管線（圖3）。

改造完畢在運行中，該泵實際的新水沖洗流用量約為1.2 m3/h，機泵運行穩定。

后又在過濾器后安裝壓力表，根據壓力來判斷過濾器是否堵塞。這樣提前預知進口濾網的堵塞情況，做到計劃性的清理來有效保證泵的使用壽命。原料罐液位一般在9～10 m，泵進口壓力0.08 MPa，如果壓力掉下0.03 MPa 以上，就切泵清洗過濾器。

3 應用效果

Ⅱ套含硫污水原料磁力泵，投用初期因不能適應介質中含固體顆粒的工況，設備燒損事故頻發，一度造成生產波動，但是經過改造，引入外部軸承沖洗冷卻液，最終解決了磁力泵不能在雜質工況條件下運行的弊端，保證了機泵長周期運行。機泵改造還解決了濾網堵塞會引發軸承缺液的故障，確保軸承潤滑充分，即使量不足也不致燒損軸承。經過幾年的使用，運行情況良好，維修率大為減少，保證了裝置平穩運行。目前，這2 臺機泵已經納入計劃性維修保養，平均2年檢查一次。

改造前，機泵每次檢修都需要更換大量的易損件，甚至有的時候還要更換內外磁總成、葉輪等非易損件，檢修成本支出非常大。按照檢修更換配件清單，對照配件價格，依次計算歷次檢修的配件使用成本。

上半年檢修成本總和：7334+101 393+6016+101 393+22 346+49 505=287 987 元。

合計到全年，改造前材料消耗費用=287 987×2≈57.6 萬元。

這樣，改造后設備2年1 次計劃性檢修，包括更換配件為軸承組件，即軸套2 件，軸承2 件，推力盤2 件，平均一年一整套，共計費用6016 元。所以，材料節約費用57 萬元。

4 技術創新點

本次改造建議的提出，改變了磁力泵使用介質自行沖洗潤滑的傳統，創造性地引入外部新水的方案。外部新水供應穩定、干凈、可靠，極大地改善了軸承的運行條件，使長周期運行變為可能。同時也為類似問題的解決拓寬了思路。