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(jī)泵——高壓灰水泵，采用沈陽水泵廠有限責(zé)任公司生產(chǎn)的多級(jí)離心泵,型號(hào)為HFDF200-115×7,2開1備。

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

1 機(jī)泵系統(tǒng)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(shù)。水煤漿和氧氣經(jīng)德士古燒嘴充分混合霧化后進(jìn)入氣化爐的燃燒室，在6.5 MPa、約1 400℃條件下進(jìn)行氣化反應(yīng)，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(jī)泵，主要用來控制洗滌塔液位。

1.2 主要結(jié)構(gòu)及技術(shù)性能

機(jī)組定子部分采用徑向剖分節(jié)段式多級(jí)離心泵，主要由軸承、吸入段部件、中段、導(dǎo)葉、吐出段部件、托架等零件組成。

轉(zhuǎn)子部分由泵軸、七級(jí)葉輪、平衡鼓等零件組成。整個(gè)轉(zhuǎn)子是由兩端的滑動(dòng)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(qiáng)制潤滑，機(jī)械密封。

高壓灰水泵主要技術(shù)性能指標(biāo)見表1。

表1 高壓灰水泵技術(shù)性能指標(biāo)

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(fā)現(xiàn)后，現(xiàn)場(chǎng)檢查盤不動(dòng)車，電機(jī)無法啟動(dòng)，緊急啟動(dòng)備用泵P1403-3。經(jīng)設(shè)備技術(shù)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(shí)28.5 h。

2.1.1 原因分析

事故泵拆卸大修時(shí)發(fā)現(xiàn)泵軸彎曲達(dá)0.11 mm，葉輪、殼體口環(huán)磨損嚴(yán)重。分析認(rèn)為泵軸彎曲過大，以及動(dòng)靜部件摩擦造成負(fù)荷過載是此次跳車事故的主要原因。此前振動(dòng)值長期運(yùn)行在6～7 mm/s的報(bào)警狀態(tài)，導(dǎo)致葉輪與導(dǎo)葉口環(huán)摩擦，泵軸受力彎曲[1]。同時(shí)，由于含料漿介質(zhì)長期運(yùn)行，造成入口管線堵塞，入口壓力低，頻繁抽空導(dǎo)致振動(dòng)大。此外，還可能存在泵軸制造時(shí)熱處理質(zhì)量差、轉(zhuǎn)子沖刷失衡等情況。

2.1.2 處理措施

嚴(yán)格控制備件質(zhì)量，疏通堵塞管線；提高檢修質(zhì)量，及時(shí)更換沖刷嚴(yán)重的襯板、導(dǎo)葉、葉輪等零部件，并做好轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡。要注意量能差異大的2臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行時(shí)的搶量問題。并聯(lián)的2臺(tái)泵同時(shí)運(yùn)行，共用1個(gè)入口管網(wǎng)，因?yàn)榻橘|(zhì)會(huì)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(shí)抽空，引起振動(dòng)。葉輪口環(huán)與殼體口環(huán)間隙大、平衡鼓與套間隙大是此種現(xiàn)象的主要原因，發(fā)現(xiàn)電流下降過大、流量不足時(shí)，應(yīng)及時(shí)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(jī)械密封泄漏，啟動(dòng)備泵P1403-2。倒泵后設(shè)備技術(shù)員發(fā)現(xiàn)：自由端軸承箱回油視鏡中沒有流動(dòng)跡象，并且軸承箱溫度偏高，判斷進(jìn)油管孔板堵塞。此時(shí)總控DCS也發(fā)出自由端軸承箱超溫報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)隨即倒回P1403-1，并對(duì)P1403-2進(jìn)行檢查處理。打開軸承箱發(fā)現(xiàn)：軸瓦燒損，軸頸局部有磨痕，油系統(tǒng)管線內(nèi)油泥過多堵塞流道。連夜修理，于次日8:30開車運(yùn)行，停開車歷時(shí)23.5 h。

2.2.1 原因分析

設(shè)備原因：機(jī)械密封沖洗水帶有泥垢，當(dāng)機(jī)械密封泄漏時(shí)，泥垢沖進(jìn)軸承箱，造成油路堵塞；之前更換機(jī)械密封時(shí)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(guī)程檢查油系統(tǒng)運(yùn)行情況，未觀察視鏡，沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)油路不通，造成聯(lián)軸節(jié)側(cè)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(fù)軸頸，疏通油管，清理油泥；督促維保單位及時(shí)處理機(jī)械密封泄漏，增設(shè)擋水環(huán)，防止泄漏液沖入軸承箱；嚴(yán)格按操作規(guī)程開停機(jī)泵，對(duì)進(jìn)行處理的班組進(jìn)行考核。

2.3 晃電停車故障案例

10月30日13：02，大量機(jī)泵電流開始出現(xiàn)較大幅度波動(dòng)。13：15，氣化裝置所有機(jī)泵全部停運(yùn)，氣化爐雙爐聯(lián)鎖停車。班組迅速通知車間及廠調(diào)度，車間立即組織停車處理。為防止泵倒轉(zhuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)立即關(guān)閉高壓灰水泵、激冷水泵、高壓冷凝液泵等8臺(tái)泵的出口閥、暖泵線、回流閥。由于現(xiàn)場(chǎng)大多是高壓閥門，且這些閥門在結(jié)垢的情況下關(guān)閉時(shí)間較長，高壓灰水泵潤滑油泵P1403-OA自停、P1403-1/2倒轉(zhuǎn)，現(xiàn)場(chǎng)軸承座冒出黑煙并伴有刺鼻性氣味。事后查詢DCS趨勢(shì)發(fā)現(xiàn)軸瓦溫度從正常的52 ℃快速增加到滿量程(200 ℃)。現(xiàn)場(chǎng)操作工盤不動(dòng)車，確定了兩端軸承抱死的情況。當(dāng)日14：30，開始搶修P1403-1，施工人員拆解聯(lián)軸器后發(fā)現(xiàn)電機(jī)、泵兩側(cè)均盤不動(dòng)車。經(jīng)過拆解發(fā)現(xiàn)止推軸承、止推盤嚴(yán)重?zé)龤?，徑向軸承出現(xiàn)較嚴(yán)重?zé)龤АＳ捎谥雇票P無備件，車間決定更換備用泵頭，電機(jī)更換備用電機(jī)。10月31日7：00，P1403-1電機(jī)安裝完成并進(jìn)行了單機(jī)試車，14：00開車運(yùn)行，停開車歷時(shí)25 h。

10月30日15：00，P1403-2開始搶修，發(fā)現(xiàn)止推端及自由端軸承燒損嚴(yán)重，止推盤主摩擦面磨損嚴(yán)重。止推盤修復(fù)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(diào)整墊，調(diào)整止推間隙為0.52 mm，更換聯(lián)軸節(jié)側(cè)機(jī)械密封。10月31日5：00，P1403-2具備運(yùn)行條件。后發(fā)現(xiàn)出口單向閥關(guān)不嚴(yán)，下線檢修發(fā)現(xiàn)閥板與搖臂固定螺栓松動(dòng)，導(dǎo)致開關(guān)不到位。電機(jī)出廠檢修，于11月6日6:30安裝到位，試泵并倒泵運(yùn)行，停開車歷時(shí)159.5 h。

2.3.1 原因分析

因外供油油泵停，導(dǎo)致慣性運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)干磨，軸瓦溫度急劇升高，軸瓦燒損；出口單向閥關(guān)閉不嚴(yán)，導(dǎo)致泵倒轉(zhuǎn)，加劇軸瓦燒損，導(dǎo)致泵轉(zhuǎn)子徑向及軸向跳動(dòng)并通過聯(lián)軸節(jié)作用于電機(jī)軸承，造成電機(jī)抱軸故障。

2.3.2 處理措施

定期檢查出口單向閥，防止機(jī)泵倒轉(zhuǎn)。對(duì)存停泵時(shí)倒轉(zhuǎn)的泵，增加單向閥檢修頻次，并增加事故備件的儲(chǔ)備。根據(jù)事故的教訓(xùn)和處理經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)一步完善和優(yōu)化同類事故應(yīng)急預(yù)案，并進(jìn)行必要拓展。

2.4 振動(dòng)超標(biāo)故障案例

2009年1月投用時(shí)存在P1403-1電機(jī)振動(dòng)大的問題。2013年1月電機(jī)地腳加膠皮，在電機(jī)振動(dòng)值為5～6 mm/s條件下運(yùn)行3年。2018—2019年因電機(jī)振動(dòng)大的問題，多次處理未果，后期通過對(duì)電機(jī)地腳進(jìn)行改善，電機(jī)振動(dòng)保持在3 mm/s；2019年1月26日泵體整體更新，電機(jī)振動(dòng)最高達(dá)5.7 mm/s。2019年2月15日對(duì)設(shè)備振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，電機(jī)存在軟腳問題，停泵后進(jìn)行處理，電機(jī)振動(dòng)有所改觀，但泵的振動(dòng)值有上升，聯(lián)軸器側(cè)比較明顯，振動(dòng)值由3.9 mm/s增加到4.7 mm/s。泵及電機(jī)振動(dòng)值都超過5 mm/s。2019年5月通過專業(yè)人員找平，找出電機(jī)4個(gè)角不同的高度后重新加工墊片，把電機(jī)4個(gè)支腿全部墊實(shí)，處理懸空腳。試車時(shí)，電機(jī)振動(dòng)值最大為1.7 mm/s，至此電機(jī)振動(dòng)基本解決，但泵振動(dòng)增大。

2.4.1 原因分析

介質(zhì)存在汽蝕現(xiàn)象，泵體材料存在沖刷現(xiàn)象，電機(jī)地腳存在軟腳或電機(jī)底座變形現(xiàn)象[3]。管道應(yīng)力明顯，會(huì)造成設(shè)備移位、變型，影響各部間隙配合。設(shè)備基礎(chǔ)下沉，基礎(chǔ)剛度不足。轉(zhuǎn)子存在整軸系不平衡。

2.4.2 處理措施

針對(duì)P1403-1振動(dòng)間歇性偏大的現(xiàn)象，車間改變泵出口流量并監(jiān)測(cè)其對(duì)泵的電流及振動(dòng)影響，測(cè)量數(shù)據(jù)見表2。

表2 流量、電流、振動(dòng)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(dòng)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(shè)計(jì)溫度分別為108 ℃和160 ℃)或提高壓力(工作壓力和設(shè)計(jì)壓力分別為0.036 MPa和0.5 MPa)。利用檢修或消缺的機(jī)會(huì)檢查入口管線、過濾網(wǎng)。濾網(wǎng)外側(cè)支撐的孔徑為6 mm，內(nèi)部采用4.5 mm方形鋼網(wǎng)作為濾芯，約為5目。穩(wěn)定流量，在每臺(tái)泵的出口增加流量計(jì)，目前僅有單臺(tái)泵電流顯示和2臺(tái)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(xiàn)電流高報(bào)警，隨即跳車。緊急啟動(dòng)備泵P1403-1。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)操作工確認(rèn)，P1403-3驅(qū)動(dòng)端聯(lián)軸節(jié)盤不動(dòng)，非驅(qū)動(dòng)端盤車靈活，判斷泵軸斷裂，切出檢修。緊急更換備用泵頭，進(jìn)行找正、動(dòng)火配管等措施，2月5日20：07啟動(dòng)運(yùn)行，停開車歷時(shí)35.5 h。

2.5.1 原因分析

原因一：日常記錄振動(dòng)最大值為7.8 mm/s，懷疑介質(zhì)中硬顆粒多，造成動(dòng)靜部件磨損，軸出現(xiàn)裂紋；當(dāng)口環(huán)磨損，間隙變大后，振動(dòng)值下降；隨著裂紋的擴(kuò)展，振動(dòng)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(jù)統(tǒng)計(jì)3臺(tái)泵10年來開停頻繁，已達(dá)105次，泵軸受交變載荷產(chǎn)生疲勞裂紋，最終斷軸，引起兩端機(jī)械密封泄漏、泵體及電機(jī)振動(dòng)大等問題。

2.5.2 處理措施

解體事故泵頭后發(fā)現(xiàn)泵軸從平衡鼓外側(cè)斷裂。首級(jí)葉輪吸入側(cè)口環(huán)斷裂成3瓣，其他葉輪、殼體口環(huán)不同程度磨損，平衡鼓、套磨損間隙超差。為此進(jìn)行大修處理，更換磨損件，改變平衡鼓、平衡套尺寸。

2.6 機(jī)械密封泄漏故障案例

2月5日下午，P1403-2非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封突然嚴(yán)重泄漏，此時(shí)P1403-3因斷軸正在搶修，于當(dāng)晚20:27倒泵，P1403-2切出檢修，更換非驅(qū)動(dòng)側(cè)機(jī)械密封，于2月6日11:00啟動(dòng)運(yùn)行，停開車歷時(shí)14.5 h。

2.6.1 原因分析

機(jī)械密封沖洗水問題。從近幾次機(jī)封泄漏看，存在干磨及高溫跡象，此次動(dòng)靜環(huán)碎裂、靜環(huán)輔助密封圈黏化。機(jī)封沖洗水總管設(shè)計(jì)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(shí)際上存在壓力波動(dòng)問題。2月11日總管壓力即降為1.28 MPa。運(yùn)行中也多次發(fā)現(xiàn)沖洗管線溫度高以及介質(zhì)水反沖現(xiàn)象。

非驅(qū)動(dòng)端機(jī)械密封泄漏及更換次數(shù)，明顯高于驅(qū)動(dòng)端。非驅(qū)動(dòng)端靠近泵出口，不排除因葉輪、導(dǎo)葉、中體口環(huán)磨損，間隙增大，密封水只注入一側(cè)，導(dǎo)致機(jī)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(jī)械密封沖洗水加裝流量計(jì)，沖洗管加閥門分別控制；改造機(jī)械密封結(jié)構(gòu)形式；嚴(yán)格控制沖洗壓力高于平衡管壓力0.1 MPa以上；設(shè)法提高沖洗水壓力，例如減少其它設(shè)備脫鹽水的用量，從而保證壓力的穩(wěn)定。

3 結(jié)論

高壓灰水泵自2008年10月裝置開車以來，故障頻發(fā)，經(jīng)連續(xù)技術(shù)攻關(guān)，近幾年停車故障明顯減少，但又出現(xiàn)了振動(dòng)大的問題。通過對(duì)故障案例分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：只要備件及檢修質(zhì)量控制好，做好預(yù)知維修工作，嚴(yán)格執(zhí)行操作及檢修規(guī)程，就能避免故障的發(fā)生。對(duì)高壓灰水泵存在的問題，將繼續(xù)組織技術(shù)攻關(guān)，保證設(shè)備長周期安全運(yùn)行。