高温分离型屏蔽泵故障分析及解决办法

杨文祥，张磊， 杨文祥  张磊  邴海军
(中国石油兰州石化分公司，甘肃兰州 730060)

摘要: 兰州石化乙苯装置高温分离型屏蔽泵P-202运行中故障频发，为保证该机泵能够平稳运行，结合该屏蔽泵运行工况对机泵的径向力、轴向力进行分析，找出故障产生的原因，通过调整运行工况、采取改进措施，最终达到平稳运行的目的。

关键词：径向力 轴向力 磨擦 气蚀 平衡

1  P-202基本情况

1.1 输送介质理化参数
    （1)苯:密度0.8765（20℃)g/cm³，沸点80.1℃，在常温下为一种无色、有甜味的透明液体，可燃，毒性较高，难溶于水，易溶于有机溶剂。
    （2)乙苯:密度0.87（20℃)g/cm³，沸点136.2 ℃，在常温下为一种无色、有芳香气味液体，易燃、有毒、不溶于水，可混溶于乙醇、醚等多数有机溶剂。

1.2 屏蔽泵P-202在装置中的作用

(1)开工中建立冷苯循环(系统升温、升压过程)。

(2)生产中进行热苯循环(温度、压力稳定)。

1.3 屏蔽泵P-202故障统计

苯塔进料泵P-202在装置热苯循环时，工况稳定，运行平稳;工况大幅波动，极易损坏。装置开工冷苯循环过程，由于运行工况偏离设计运行工况，该机泵无法正常运行。

1.4 机泵拆检情况

(1) 前端轴承、轴套、推力盘磨损，推力盘龟裂。

(2) 叶轮后盖板因气蚀引起金属表面的剥蚀，其他部位完好。

2 故障分析

2.1 轴向力分析

 (1) 盖板力A1

(2) 反动力A2

(3) 辅叶轮盖板力A3

(4) 轴向平衡

平衡孔平衡轴向力

式中:

§m一密封间隙摩擦阻力系数;

Fm一密封间隙过流面积，m²;

Rh一叶轮轮毅半径，m;

 R_m一叶轮后密封环半径，m;

若F1=F2，则转子体轴向力完全平衡。如果F1与F2相差不大，则轴向力平衡设计可以认可。

因为P-202能够在正常生产工况下平稳运行，得出以下结论:

a.P-202厂家进行转子体轴向力设计时，轴向力的确达到了平衡，出厂试验时机泵运行也不存在任何问题。

因为P-202在开工工况下，若产生轴向力失衡其方向指向叶轮背面，导致后端轴承、推力盘磨损，这与机泵磨损情况相矛盾。

b.开工工况对转子轴向力平衡影响甚微，机泵轴向力失衡，并不是产生问题的最根本原因。

2.2 径向力分析

 (1) 径向力计算

按径向力经验公式

式中:Q₀一一设计流量，68.9m³/h

Q一一实际工作流量，37m³/h

H一泵的扬程，189m

B₂一一叶轮出口总宽度，15mm

D₂一一叶轮外径，0.38m

γ一一液体重度，0.877g/cm³

计算得径向力Fr=2420.399N

(2) 计算石墨轴承摩擦产生的热量

对于滑动轴承，一般μ=0.01~0.02。我们取最小值μ=0.01。

摩擦力做功:

式中Fr=2420.399N

d=90mm

1秒转的角度θ=ω×1=2πn=303.687rad;

则1秒摩擦力做功W=3307.7J

(3) 计算摩擦力做功对介质的影响

小锈钢轴套的比热容c=500J/kg ℃

m=ρV=7.93×103kg/m3 × π ×(0.0902m-0.0702m)/4×0.12m=2.39kg

则1秒摩擦力做功，导致轴套升高温度:

△t=Q/cm=2.77 ℃

开工过程，P-202入口压力0.2MPa，温度60℃，轴套达到120℃使介质汽化需要时间

t=(120-60 ) /2.77≈22S

2.3 故障分析结论

(1)苯塔进料泵P-202在入口压力过低时，由于轴承、轴套摩擦生热造成介质内轻组分汽化，汽化破坏润滑油膜加剧了轴承、轴套的摩擦。

(2)介质汽化出现气蚀，叶轮平衡孔处介质流动紊乱，从而产生指向吸入口方向的轴向力过大的问题。

3. 解决方案

根据P-202的故障分析结论，车问采取了一系列改进措施，具体如下:

1) 开工过程中首先使用N2将系统冲压至0.48MPa，确保P-202轴套处介质无法气化，从而保证机泵轴向力的平衡及轻向力产生的热量及时带出。

2) 开工过程为P-202泵体内充注二乙苯，减少泵体内轻组分含量。

3) 生产中严格控制工艺指标。

4) 平稳操作，机泵入口过滤器定期清理避免堵塞。

4 实施效果

通过以上解决方案的实施及加强屏蔽泵的日常管理，P-202在运行过程中经历两次开工过程均未出现损坏，保证了装置的顺利开工，为装置的安全平稳生产奠定了良好的基础。