高壓灰水泵故障案例分析

鄭 軍

(中國石化齊魯分公司第二化肥廠，山東淄博 255400)

中國石化齊魯分公司第二化肥廠煤氣化裝置中的重要機泵——高壓灰水泵，采用沈陽水泵廠有限責任公司生產的多級離心泵,型號為HFDF200-115×7,2開1備。

自裝置開車以來故障頻發，筆者就3臺高壓灰水泵近年來出現的故障案例加以分析總結,以供參考。

1 機泵系統說明

1.1 工藝描述

水煤漿氣化裝置以煤和氧氣為氣化原料，采用美國GE公司水煤漿加壓氣化技術。水煤漿和氧氣經德士古燒嘴充分混合霧化后進入氣化爐的燃燒室，在6.5 MPa、約1 400℃條件下進行氣化反應，生成以CO和H2為有效成分的粗合成氣。高壓灰水泵P1403-1/2/3是合成氣冷卻及碳黑洗滌工藝單元中的重要機泵，主要用來控制洗滌塔液位。

1.2 主要結構及技術性能

機組定子部分采用徑向剖分節段式多級離心泵，主要由軸承、吸入段部件、中段、導葉、吐出段部件、托架等零件組成。

轉子部分由泵軸、七級葉輪、平衡鼓等零件組成。整個轉子是由兩端的滑動軸承來支承，采用平衡鼓加止推軸承來平衡軸向力，軸承潤滑采用油站強制潤滑，機械密封。

高壓灰水泵主要技術性能指標見表1。

表1 高壓灰水泵技術性能指標

2 故障案例

2.1 跳車故障案例

12月18日12：30，高壓灰水泵P1403-1突然跳車，總控發現后，現場檢查盤不動車，電機無法啟動，緊急啟動備用泵P1403-3。經設備技術員檢查后,決定更換備用泵頭。12月19日17：00，更換完畢，試車備用，停開車歷時28.5 h。

2.1.1 原因分析

事故泵拆卸大修時發現泵軸彎曲達0.11 mm，葉輪、殼體口環磨損嚴重。分析認為泵軸彎曲過大，以及動靜部件摩擦造成負荷過載是此次跳車事故的主要原因。此前振動值長期運行在6～7 mm/s的報警狀態，導致葉輪與導葉口環摩擦，泵軸受力彎曲[1]。同時，由于含料漿介質長期運行，造成入口管線堵塞，入口壓力低，頻繁抽空導致振動大。此外，還可能存在泵軸制造時熱處理質量差、轉子沖刷失衡等情況。

2.1.2 處理措施

嚴格控制備件質量，疏通堵塞管線；提高檢修質量，及時更換沖刷嚴重的襯板、導葉、葉輪等零部件，并做好轉子動平衡。要注意量能差異大的2臺泵同時運行時的搶量問題。并聯的2臺泵同時運行，共用1個入口管網，因為介質會首先滿足打量好的泵的入口所需，造成量能差的泵的入口短時抽空，引起振動。葉輪口環與殼體口環間隙大、平衡鼓與套間隙大是此種現象的主要原因，發現電流下降過大、流量不足時，應及時更換間隙超差部件。

2.2 軸瓦燒損故障案例

7月5日9：00，因高壓灰水泵P1403-1自由端機械密封泄漏，啟動備泵P1403-2。倒泵后設備技術員發現：自由端軸承箱回油視鏡中沒有流動跡象，并且軸承箱溫度偏高，判斷進油管孔板堵塞。此時總控DCS也發出自由端軸承箱超溫報警，現場隨即倒回P1403-1，并對P1403-2進行檢查處理。打開軸承箱發現：軸瓦燒損，軸頸局部有磨痕，油系統管線內油泥過多堵塞流道。連夜修理，于次日8:30開車運行，停開車歷時23.5 h。

2.2.1 原因分析

設備原因：機械密封沖洗水帶有泥垢，當機械密封泄漏時，泥垢沖進軸承箱，造成油路堵塞；之前更換機械密封時沒有清理軸承箱，造成油垢積存；油冷器泄漏造成油中帶水[2]。

工藝原因：開泵前沒有按操作規程檢查油系統運行情況，未觀察視鏡，沒有及時發現油路不通，造成聯軸節側徑向軸瓦燒損、軸頸磨損。

2.2.2 處理措施

緊急倒泵，更換軸瓦，修復軸頸，疏通油管，清理油泥；督促維保單位及時處理機械密封泄漏，增設擋水環，防止泄漏液沖入軸承箱；嚴格按操作規程開停機泵，對進行處理的班組進行考核。

2.3 晃電停車故障案例

10月30日13：02，大量機泵電流開始出現較大幅度波動。13：15，氣化裝置所有機泵全部停運，氣化爐雙爐聯鎖停車。班組迅速通知車間及廠調度，車間立即組織停車處理。為防止泵倒轉，現場立即關閉高壓灰水泵、激冷水泵、高壓冷凝液泵等8臺泵的出口閥、暖泵線、回流閥。由于現場大多是高壓閥門，且這些閥門在結垢的情況下關閉時間較長，高壓灰水泵潤滑油泵P1403-OA自停、P1403-1/2倒轉，現場軸承座冒出黑煙并伴有刺鼻性氣味。事后查詢DCS趨勢發現軸瓦溫度從正常的52 ℃快速增加到滿量程(200 ℃)。現場操作工盤不動車，確定了兩端軸承抱死的情況。當日14：30，開始搶修P1403-1，施工人員拆解聯軸器后發現電機、泵兩側均盤不動車。經過拆解發現止推軸承、止推盤嚴重燒毀，徑向軸承出現較嚴重燒毀。由于止推盤無備件，車間決定更換備用泵頭，電機更換備用電機。10月31日7：00，P1403-1電機安裝完成并進行了單機試車，14：00開車運行，停開車歷時25 h。

10月30日15：00，P1403-2開始搶修，發現止推端及自由端軸承燒損嚴重，止推盤主摩擦面磨損嚴重。止推盤修復主工作面，將其磨去0.76 mm厚度，并更換止推瓦塊及兩端徑向瓦，加厚止推調整墊，調整止推間隙為0.52 mm，更換聯軸節側機械密封。10月31日5：00，P1403-2具備運行條件。后發現出口單向閥關不嚴，下線檢修發現閥板與搖臂固定螺栓松動，導致開關不到位。電機出廠檢修，于11月6日6:30安裝到位，試泵并倒泵運行，停開車歷時159.5 h。

2.3.1 原因分析

因外供油油泵停，導致慣性運轉時干磨，軸瓦溫度急劇升高，軸瓦燒損；出口單向閥關閉不嚴，導致泵倒轉，加劇軸瓦燒損，導致泵轉子徑向及軸向跳動并通過聯軸節作用于電機軸承，造成電機抱軸故障。

2.3.2 處理措施

定期檢查出口單向閥，防止機泵倒轉。對存停泵時倒轉的泵，增加單向閥檢修頻次，并增加事故備件的儲備。根據事故的教訓和處理經驗，進一步完善和優化同類事故應急預案，并進行必要拓展。

2.4 振動超標故障案例

2009年1月投用時存在P1403-1電機振動大的問題。2013年1月電機地腳加膠皮，在電機振動值為5～6 mm/s條件下運行3年。2018—2019年因電機振動大的問題，多次處理未果，后期通過對電機地腳進行改善，電機振動保持在3 mm/s；2019年1月26日泵體整體更新，電機振動最高達5.7 mm/s。2019年2月15日對設備振動進行監測，電機存在軟腳問題，停泵后進行處理，電機振動有所改觀，但泵的振動值有上升，聯軸器側比較明顯，振動值由3.9 mm/s增加到4.7 mm/s。泵及電機振動值都超過5 mm/s。2019年5月通過專業人員找平，找出電機4個角不同的高度后重新加工墊片，把電機4個支腿全部墊實，處理懸空腳。試車時，電機振動值最大為1.7 mm/s，至此電機振動基本解決，但泵振動增大。

2.4.1 原因分析

介質存在汽蝕現象，泵體材料存在沖刷現象，電機地腳存在軟腳或電機底座變形現象[3]。管道應力明顯，會造成設備移位、變型，影響各部間隙配合。設備基礎下沉，基礎剛度不足。轉子存在整軸系不平衡。

2.4.2 處理措施

針對P1403-1振動間歇性偏大的現象，車間改變泵出口流量并監測其對泵的電流及振動影響，測量數據見表2。

表2 流量、電流、振動值變化

通過表2可以看出：改變泵的出口流量，泵電流略有增加，但振動值未見明顯的異常變化。

在工藝條件允許下，降低除氧器溫度(工作溫度和設計溫度分別為108 ℃和160 ℃)或提高壓力(工作壓力和設計壓力分別為0.036 MPa和0.5 MPa)。利用檢修或消缺的機會檢查入口管線、過濾網。濾網外側支撐的孔徑為6 mm，內部采用4.5 mm方形鋼網作為濾芯，約為5目。穩定流量，在每臺泵的出口增加流量計，目前僅有單臺泵電流顯示和2臺泵總流量顯示。

2.5 泵斷軸故障案例

2月4日上午8:35，P1403-3總控DCS出現電流高報警，隨即跳車。緊急啟動備泵P1403-1。經現場操作工確認，P1403-3驅動端聯軸節盤不動，非驅動端盤車靈活，判斷泵軸斷裂，切出檢修。緊急更換備用泵頭，進行找正、動火配管等措施，2月5日20：07啟動運行，停開車歷時35.5 h。

2.5.1 原因分析

原因一：日常記錄振動最大值為7.8 mm/s，懷疑介質中硬顆粒多，造成動靜部件磨損，軸出現裂紋；當口環磨損，間隙變大后，振動值下降；隨著裂紋的擴展，振動值又上升，直到斷裂，見圖1和圖2[4]。

圖1 斷軸

圖2 斷面

原因二：據統計3臺泵10年來開停頻繁，已達105次，泵軸受交變載荷產生疲勞裂紋，最終斷軸，引起兩端機械密封泄漏、泵體及電機振動大等問題。

2.5.2 處理措施

解體事故泵頭后發現泵軸從平衡鼓外側斷裂。首級葉輪吸入側口環斷裂成3瓣，其他葉輪、殼體口環不同程度磨損，平衡鼓、套磨損間隙超差。為此進行大修處理，更換磨損件，改變平衡鼓、平衡套尺寸。

2.6 機械密封泄漏故障案例

2月5日下午，P1403-2非驅動端機械密封突然嚴重泄漏，此時P1403-3因斷軸正在搶修，于當晚20:27倒泵，P1403-2切出檢修，更換非驅動側機械密封，于2月6日11:00啟動運行，停開車歷時14.5 h。

2.6.1 原因分析

機械密封沖洗水問題。從近幾次機封泄漏看，存在干磨及高溫跡象，此次動靜環碎裂、靜環輔助密封圈黏化。機封沖洗水總管設計壓力為1.6 MPa，泵兩端壓力表顯示為1.0 MPa左右，平衡管壓力為0.7 MPa左右。理論上注入沒問題，但實際上存在壓力波動問題。2月11日總管壓力即降為1.28 MPa。運行中也多次發現沖洗管線溫度高以及介質水反沖現象。

非驅動端機械密封泄漏及更換次數，明顯高于驅動端。非驅動端靠近泵出口，不排除因葉輪、導葉、中體口環磨損，間隙增大，密封水只注入一側，導致機械密封的密封面受力不均而偏磨的可能。

2.6.2 處理措施

機械密封沖洗水加裝流量計，沖洗管加閥門分別控制；改造機械密封結構形式；嚴格控制沖洗壓力高于平衡管壓力0.1 MPa以上；設法提高沖洗水壓力，例如減少其它設備脫鹽水的用量，從而保證壓力的穩定。

3 結論

高壓灰水泵自2008年10月裝置開車以來，故障頻發，經連續技術攻關，近幾年停車故障明顯減少，但又出現了振動大的問題。通過對故障案例分析，結果發現：只要備件及檢修質量控制好，做好預知維修工作，嚴格執行操作及檢修規程，就能避免故障的發生。對高壓灰水泵存在的問題，將繼續組織技術攻關，保證設備長周期安全運行。