液硫泵盤車故障分析及消除

趙聚運(yùn)

中國石油天然氣第七建設(shè)有限公司 山東青島 266300

1 液流泵簡介

液硫泵是硫磺回收裝置中用以輸送液態(tài)硫磺的設(shè)備。當(dāng)硫磺池內(nèi)的液硫達(dá)到一定液位高度時，啟動液硫泵，通過管道將液硫輸送到專門收集硫磺的設(shè)備進(jìn)行結(jié)晶固化；當(dāng)液硫池的液位達(dá)到下限時停泵，以此間斷性循環(huán)啟停液硫泵，達(dá)到輸送液硫的目的。

某煉油廠硫磺回收裝置進(jìn)行改造升級，新增三臺立式液硫泵，型號HL40- 250- J，為單吸離心式長軸液下泵。液硫泵的立式電動機(jī)以螺栓固緊在電機(jī)座上，通過彈性聯(lián)軸器與泵直接傳動，泵體、中間接管、出液管等以螺栓聯(lián)接構(gòu)成一體，固定在底板上。液硫泵整體通過底板安裝在硫磺池上，泵底部安裝閉式葉輪和過濾網(wǎng)，泵軸多點(diǎn)支撐，為中間導(dǎo)軸承結(jié)構(gòu)。滑動軸承的潤滑采用介質(zhì)液體硫磺自動潤滑，潤滑完成后在重力作用下由滑動軸承處回流至液硫池。泵中間接管和出管外設(shè)有夾套，夾套中通入蒸汽。圖1 為液硫泵的結(jié)構(gòu)示意圖。

液硫泵從安裝到試運(yùn)的階段時間里，進(jìn)行盤車檢查，證明盤車靈活可靠。但在正式通入液態(tài)硫磺介質(zhì)時，或者在泵運(yùn)行后，間隔一段時間，發(fā)現(xiàn)液硫泵出現(xiàn)盤車卡澀現(xiàn)象，嚴(yán)重時出現(xiàn)泵卡死，同時發(fā)生在啟動過程或運(yùn)轉(zhuǎn)前期，電機(jī)的電流有超負(fù)荷跳閘現(xiàn)象。

圖1 液硫泵結(jié)構(gòu)示意圖

2 故障原因分析

設(shè)備出現(xiàn)故障后，對設(shè)備進(jìn)行了解體檢查，發(fā)現(xiàn)液硫泵長軸導(dǎo)軸承處和葉輪處有晶狀硫磺，對應(yīng)的長軸和葉輪口環(huán)處有摩擦的痕跡。顯而易見，設(shè)備盤車卡澀及電流超標(biāo)跳閘均是設(shè)備的動、靜摩擦造成的。針對設(shè)備動靜摩擦的現(xiàn)狀，又對設(shè)備各方面進(jìn)行了檢查，對故障原因進(jìn)行進(jìn)一步分析。

2.1 長軸導(dǎo)軸承

立式泵中導(dǎo)軸承的作用是支撐主軸準(zhǔn)確保持垂直位置，同時又可以承受泵中可能出現(xiàn)的徑向力，從而使泵運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)。

立式液硫泵液下長軸分為三節(jié)，共有三處導(dǎo)軸承，為整體式徑向滑動軸承，由滑動軸承體、軸套和軸襯（鑲嵌在滑動軸承體內(nèi)）組成。其軸套固定在長軸上，在泵運(yùn)轉(zhuǎn)時，與軸襯相對運(yùn)動。設(shè)備拆檢后，對導(dǎo)軸承的徑向間隙進(jìn)行檢查測量，發(fā)現(xiàn)軸襯與軸套之間的間隙在冷態(tài)下均為0.34～0.38mm。因液硫泵的操作溫度在140℃左右，所以滑動軸承的襯和套之間的間隙在高溫下還會縮小0.1mm 左右，剩余的徑向間隙值無法滿足設(shè)備在高溫條件下的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

滑動軸承的軸襯內(nèi)表面加工有螺旋狀的沖洗潤滑槽，槽通過油孔與自沖洗管相連接，液硫介質(zhì)經(jīng)過自沖洗管分別進(jìn)入到滑動軸承內(nèi)進(jìn)行沖洗潤滑。但是由于軸承間隙小，介質(zhì)液硫里還有小顆粒硬質(zhì)雜質(zhì)，這就會加大在沖洗潤滑過程中的軸承磨損。而且雜質(zhì)還會積累到軸襯與軸套之間的縫隙里，對泵軸的旋轉(zhuǎn)施加了額外的摩擦力，摩擦力大時甚至?xí)霈F(xiàn)軸卡死現(xiàn)象。特別是在泵停運(yùn)后，進(jìn)入到軸承內(nèi)部帶有顆粒雜質(zhì)的液硫會在裸露的滑動軸承上逐漸凝結(jié)，導(dǎo)致的后果就是將軸抱死，電機(jī)負(fù)荷增大超流跳閘。

2.2 蒸汽伴熱

立式液硫泵對自身蒸汽伴熱系統(tǒng)的依賴性很高,伴熱系統(tǒng)一旦出現(xiàn)故障或者伴熱量不足, 液硫就會在泵體內(nèi)凝固,導(dǎo)致液硫泵卡死無法正常運(yùn)行。為了防止液硫結(jié)晶，便于液硫的輸送，液硫泵的出口管和泵軸處為夾套保溫設(shè)計(jì)，夾套內(nèi)通入蒸汽。

現(xiàn)場伴熱系統(tǒng)采用的是0.35MPa 管網(wǎng)低壓蒸汽，溫度為150℃。經(jīng)過查驗(yàn)記錄和檢測，發(fā)現(xiàn)伴熱用低壓蒸汽管網(wǎng)壓力偏低，且蒸汽含水較多，伴熱系統(tǒng)投用時未能充分進(jìn)行蒸汽疏水，實(shí)際檢測的液硫泵伴熱系統(tǒng)低壓蒸汽溫度只有130℃，與要求的蒸汽溫度有偏差。同時，由于液硫中含有雜質(zhì)，使硫磺的粘度變相增大，熔點(diǎn)也相應(yīng)變高，伴熱溫度不能完全使硫磺液態(tài)化，液硫的粘度未達(dá)到最佳輸送狀態(tài)，從而造成泵在啟動前出現(xiàn)盤車卡澀，電機(jī)負(fù)荷大的現(xiàn)象。

2.3 液位控制

因?yàn)橐毫虮玫脑O(shè)計(jì)中，泵體和出口管的底部彎頭沒有夾套伴熱，這就造成了當(dāng)液位下降到夾套管與非夾套管相連的法蘭面以下時，泵體及出口管裸露的不帶伴熱部分就會有液硫粘度增大、結(jié)晶等現(xiàn)象。因此，需要對液硫池內(nèi)的最低液位進(jìn)行嚴(yán)格控制，最低液位不能超出出口管和泵體無伴熱部分的頂部。最后經(jīng)過查驗(yàn)測量，發(fā)現(xiàn)液硫池的液位計(jì)的設(shè)定最低液位低于所需液位高度80mm。

2.4 溫度控制

硫磺是淡黃色脆性結(jié)晶或粉末，有特殊臭味，不溶于水，熔點(diǎn)112～119℃，閃點(diǎn)207℃，相對密度（水=1）為2.0。其在液態(tài)下，粘度隨著溫度的變化顯示出獨(dú)特性質(zhì)（表1），其中在130～155℃之間時，粘度小，流動性好，最適合輸送。

硫磺池內(nèi)的液硫是通過硫磺池底部的蒸汽盤管進(jìn)行加熱保溫，使液硫達(dá)到所需溫度后進(jìn)行輸送。但現(xiàn)場液硫池內(nèi)溫度檢測為135℃，未能達(dá)到最適合輸送溫度。

2.5 泵操作維護(hù)

通過泵的正確操作及維護(hù)，可減少設(shè)備的故障出現(xiàn)幾率，為泵的正常運(yùn)行提供有力保障。通過查詢設(shè)備操作程序，發(fā)現(xiàn)泵開機(jī)前未及時打開預(yù)熱蒸汽，保溫時長未達(dá)到時限，這就使泵體滑動軸承處的硫磺未能全部液化，造成泵盤車卡澀，電機(jī)負(fù)荷大電流超標(biāo)跳閘。另外，泵停機(jī)時，伴熱蒸汽保溫時間不夠，盤車時長不達(dá)標(biāo)，造成了軸承處的液硫堆積結(jié)晶。

表1 不同溫度下液體硫的粘度

3 處理措施

（1）考慮熱脹因素，適當(dāng)加大滑動軸承的軸襯、軸套的相對間隙值，使其間隙達(dá)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)需要。

（2）當(dāng)液硫泵的伴熱蒸汽溫度達(dá)不到要求值時，適當(dāng)加入1.0MPa 蒸汽，使之溫度達(dá)標(biāo)。

（3）修改液硫池的液位設(shè)計(jì)值，使最低液位高于非夾套管上法蘭的頂部。

（4）提高液硫池內(nèi)液硫的保溫溫度，使其達(dá)到135～150℃之間。

（5）規(guī)范設(shè)備的操作維護(hù)規(guī)程，設(shè)備開機(jī)前要打開泵的預(yù)熱蒸汽，合格疏水，確保蒸汽管的暢通；并有效地對出口管和滑動軸承進(jìn)行預(yù)熱，預(yù)熱速度小于30℃/ h。當(dāng)淹沒深度大于液下深度80%時，保溫24h；當(dāng)淹沒深度小于液下深度80%時，保溫36h。泵每次啟動前，應(yīng)加熱至130～155℃，并進(jìn)行保溫。泵停機(jī)后，預(yù)熱蒸汽繼續(xù)保溫130～155℃，同時定時盤車，保證液位之上的軸承處液硫全部流回池內(nèi)，確保第二次開機(jī)能順利盤車，無卡澀、卡死現(xiàn)象。

4 結(jié)束語

通過對液硫泵進(jìn)行的一系列整改措施，成功解決了液硫泵在啟動之初和間斷性啟停之間的盤車卡澀、卡死現(xiàn)象。同時，電機(jī)的啟動運(yùn)行電流也處在正常范圍之內(nèi)，保障了整個液硫輸送系統(tǒng)正常運(yùn)行。