一起中壓液氮泵故障分析及處理

覃家忠

（廣西鋼鐵集團有限公司氣體廠，廣西防城港 538001）

1 設備簡介

廣西鋼鐵氣體廠1#40 000 m3/h 機組BP-39/280型中壓液氮泵是杭州新亞低溫科技有限公司生產的低溫液體泵，主要由電機、中間座、泵頭及儀電附件組成，密封形式為機械密封，輸送介質為液氮，電機轉速3 300 r/min，采取變頻啟動，流量39 m3/h，揚程280 m，進口壓力0.02～0.4 MPa。BP-39/280 型液氮泵為離心式低溫液體泵，是利用葉輪旋轉產生的離心力使液體的壓力升高而達到輸送的目的。它的工作介質雖然是一種沸點很低、極易揮發的液體，但在良好的保冷條件下，液氮是流動性好、并且十分清潔的流動介質，它的運動規律和一般的流體相同。

2 故障現象及原因分析

2.1 故障現象

BP-39/280 型中壓液氮泵為全新設備，試車調試階段頻率加到45 Hz，出口壓力升至2～2.5 MPa，滿足使用要求，投入正常使用。約兩周后開始發現泵體有明顯異常振動、異響，且有越發嚴重的趨勢，甚至能直觀感受到進出口管道以及水浴式汽化器振動明顯，立即停機并解體進行檢查，葉輪、泵軸均有不同程度的碎裂、損傷，葉輪、蝸殼表面呈現少量微小坑洞，表面也不再光滑。

2.2 原因分析

根據泵損傷的情況分析，初步判斷為汽蝕導致泵體損傷。由于泵輸送的液氮是處于飽和狀態的，因此在由貯槽向泵送液的過程中，由于壓力損失使液體出現部分汽化形成氣泡，進入泵內的實際上是液氮和氮氣的混合體，而氣泡因泵的升壓快速破裂，以至于在泵內局部點溫度和壓力顯著升高，即汽蝕。泵長期在這樣的狀態下運行，極易造成損傷。

由于氣體廠仍處于試生產階段，液氮貯槽液位僅2 m 左右，貯槽底部距離泵進口管中心線高度為0.8 m，則理想狀態下泵入口壓力為：

理想狀態下按2 m 液位計算的泵入口壓力幾乎與泵進口設計的最低壓力0.02 MPa 相等，此外泵入口管道的保溫未完成，并且此時天氣炎熱，室外溫度達到了32°C 左右，液氮遇熱急劇汽化，并且管道、彎頭、閥門等處的阻力也會導致液氮壓力的損失，實際泵入口壓力要低于0.02 MPa，液氮泵入口液氮壓力低，靜壓頭不足，這是導致汽蝕的主要原因。

3 處理措施

根據泵體損傷原因分析結果，從提高泵入口壓力、改善液氮入口條件等兩方面著手制定了有效的針對性措施。

3.1 提升泵進口壓力

發現液氮泵故障后立即組織維修，同時氣體廠1#40 000 m3/h 制氧機組開始投產，機組運行狀況良好，液氮貯槽液面穩定上升，再次啟動液氮泵時液氮貯槽液面已經達到了7 m 左右，此時理想狀態下泵入口壓力為：

高于泵進口設計的最低壓力0.02 MPa，并有足夠裕量。

3.2 改善液氮進口條件

在滿足使用要求的前提下對進口管道進行優化改造，縮短泵入口管道長度總共0.6 m，減少彎頭1 個，對優化改造后的管道進行吹掃、干燥，并按設計圖紙對管道進行良好的保溫處理，最大限度地降低液氮入口阻力以及氣化量。

4 運行狀況評價

一切工作準備就緒，緩慢地打開進液閥、回流閥，關閉出口閥，液體流進泵腔，開始預冷，保持密封氣吹掃機械密封，在干燥的同時防止冷量沿泵軸傳到電機軸承。待泵頭完全結霜后，手動盤車，正常無卡阻。回流閥開度30%，點動驗證轉向無誤后正式啟動電機，頻率從5 Hz 逐步加到45 Hz，出口壓力逐漸升到2.0 MPa，緩慢打開出口閥，同時關閉回流閥，壓力穩定在2.0 MPa，電流穩定在75 A，電機前后軸、泵頭無異響，無異常振動。運行20天以來，列為重點點檢設備，未發現異常狀況，液氮泵能夠正常穩定工作。

5 總結

BP-39/280 型中壓液氮泵為離心式低溫液體泵，在良好的保溫狀態下與普通離心式液體泵的工作原理相同，為了保證泵能夠平穩、可靠地運行，并且延長設備本體及附件的壽命，必須創造滿足設備各項技術參數的條件，將可能對泵運行不利的條件逐一優化，并且嚴格按照操作規程、維護規程做好設備的使用及日常維護。