屏蔽泵故障分析及處理

楊雨春

揚州石化有限責任公司，中國·江蘇 金湖 211600

屏蔽泵因電機-泵一體化的密封結構，具有安全無泄漏的特點，適合輸送易燃易爆和有毒等介質，但其密封結構也給故障分析及排除帶來了一定的難度。論文以揚州石化烯烴分廠脫乙烷塔回流泵為例，對其故障原因及維修經過進行詳細分析，并針對屏蔽泵故障診斷和排除方法提出合理化建議，以提高屏蔽泵運行穩定性和使用壽命。

故障分析；維修；脫乙烷塔；屏蔽泵

1 引言

屏蔽泵因電機-泵一體化的密封結構，全部采用靜密封，因此具有安全無泄漏的特點。此外，屏蔽泵適合輸送易燃、易爆、易揮發和有毒等介質[1]，在揚州石化烯烴分廠的氣分裝置和MTBE 裝置中應用較為廣泛。其中，氣分裝置中脫乙烷塔回流泵P6004A 屬于標準型多級立式屏蔽泵，由大連海密梯克泵業有限公司于2011年5月制造，于當年8月安裝并投入使用。近期由于該設備老化引起振動上升等一系列問題，并且該泵在本廠屏蔽泵的應用中具有代表性，因此從保障設備長周期穩定運行的角度，對該設備故障原因分析和故障消除研究很有必要。

2 設備運行概況

P6004A 的主要參數如表1～表3 所示。

表1 P6004A 的離心泵參數

表2 P6004A 的電機參數

表3 P6004A 的工藝參數

P6004A 使用材質為碳化硅的滑動軸承，其壽命通?？蛇_3 年以上，正常運行時振動一般為1.5mm/s 左右。2016 年和2017 年該泵均有返廠檢修以消除振動。2022 年10 月13 日，P6004A 由于振動突增并居于高位，最高振動值達到4.2mm/s（標準上限值為4.5mm/s），如圖1 所示。為保障屏蔽泵長周期運行，決定停泵檢修，外送至大連金石泵業有限公司維修。

圖1 P6004A 振動值（2022.10.10—2022.11.22）

3 前期故障描述及分析處理

2022 年11 月25 日，P6004A 外送廠家解體檢查。解體發現問題及原因分析如下：

①葉輪全部“膩死”在泵軸上面，造成拆解難度大。說明P6004A 的葉輪存在較為嚴重的銹蝕，結垢現象嚴重。結垢不均勻往往會導致葉輪動不平衡加劇，是導致泵體振動增大的原因之一。P6004A 葉輪材質為碳鋼，與之對應的P6004B 的葉輪在2020 年8 月設備更新后，材質由碳鋼升級為304 不銹鋼，在抗銹蝕方面取得更加良好的效果。由于該泵運行的工藝環境較為復雜，原料液化氣經上游脫硫醇裝置處理后如果不能將雜質脫除干凈，如S-和OH-等具有腐蝕性的離子，從而對下游設備產生一定的腐蝕。葉輪銹蝕還可能由于泵在使用過程中曾經發生過氣蝕，如灌泵不徹底、長時間小流量運行均會造成葉輪氣蝕。葉輪的氣蝕使得葉輪表面受損，會導致泵流量變少、揚程降低、效率下降[2]。

②首級葉輪口環部位有明顯的缺肉現象（如圖2 所示）。說明除了葉輪腐蝕現象外，在首級葉輪入口還存在固體顆粒沖蝕現象。由于介質流速很高，泵內銹蝕顆粒掉落并被吸入葉輪內部，與葉輪口環摩擦沖擊形成缺口。盡管泵入口的過濾網能有效阻擋來自上游的機械雜質，卻無法有效阻止泵內部機械雜質形成的沖蝕。2023 年1 月28 日對P6004A 入口過濾網進行拆檢，表面基本干凈無雜質，可以基本排除來自上游裝置固體雜質造成葉輪口環沖蝕的因素。

圖2 P6004A 首級葉輪

③前后滑動軸承都有磨損，滑動軸承套和軸套粘連在一起（如圖3 所示）。從圖中得知，滑動軸承套表面存在較多且較深的劃痕，推測在泵運轉過程中，固體顆粒隨工作介質進入屏蔽泵，引起軸承套表面擦傷和產生條痕，嚴重者出現溝槽，最終導致軸承使用壽命縮短和失效。從泵群狀態監測數據以及現場巡檢測得的數據得出，P6004A 維修前的軸承溫度并無超高現象（不超過40℃），加上大連海密梯克制作的碳化硅滑動軸承用軸套采用特殊的配合面（如圖4 所示），具有良好的熱變形及補償內外膨脹量差異性能，不會對其外側的碳化硅軸承套產生巨大張力[3]。因此，排除超溫軸承燒傷的因素，滑動軸承和軸套粘連仍與機械雜質有很大關系。

圖3 P6004A 滑動軸承套和軸套

圖4 P6004A 軸套示意圖

④轉子屏蔽套有明顯的劃痕，有局部地方比較深（如圖5 所示），軸葉輪端跳動0.1mm。由圖5 可以看出，轉子屏蔽套表面的劃痕呈規則的環形，可排除氣蝕和機械雜質沖蝕的因素（汽蝕或沖蝕會形成洞穴狀腐蝕破壞的坑點）。這主要是由于滑動軸承磨損到一定程度后，轉子在運行過程中屏蔽套和電機定子屏蔽套之間發生了摩擦導致的?；瑒虞S承磨損得越厲害，這種摩擦就會越加劇。軸跳動量大于標準值0.05mm，說明軸存在彎曲現象，多由轉子動不平衡引起，是對泵體振動影響較大的因素之一，需對軸進行校正處理。

圖5 P6004A 轉子屏蔽套

⑤后軸承體環和平衡盤環均受到磨損，平衡盤銹蝕（如圖6 所示）。后軸承體環和平衡盤環都屬于易損件，能夠一定程度保護軸承和平衡盤使其不被磨損，需及時進行更換。圖中平衡盤表面銹蝕嚴重，其原因與葉輪相似，不再贅述。

圖6 P6004A 平衡盤

針對上述故障及問題，大連金石采用焊起拔螺母用拉馬拆解的方式進行拆解，并進行如下處理：

①更換首級葉輪，并修復其余葉輪；

②更換前后滑動軸承，滑動軸承套及推力盤；

③校正轉子組件，更換轉子屏蔽套；

④更換后軸承體環和平衡盤環；

⑤更換泵用密封墊一套；

⑥轉子組件動平衡試驗、整機性能及運轉試驗；

⑦拆泵清洗、組裝、氣密檢驗。

由于轉子屏蔽套和定子屏蔽套摩擦均受到一定程度損傷，而大連金石前期僅更換了轉子屏蔽套，導致最后打壓試水時電機定子屏蔽套破損進水。

4 后期故障描述及分析處理

2023 年1 月5 日返廠后安裝并于1 月9 日進行初試，但由于電氣綜合保護器故障未能正常投用。電氣工程師處理之后，于1 月10 日投入運行后，初始振動值1.5mm/s 左右。在1 月15 日P6004A 電流從20A 的正常電流突然迅速上漲，直至超電流自停。1 月16 日10 時許重啟該泵后振動值緩慢上漲至最高3.0mm/s。1 月20 日、1 月26 日和1 月30 日P6004A 均出現超電流現象，與15 日情況類似。其中，1 月20 日的電流趨勢如圖7 所示。1 月28 日鉗工進行盤車和進出口管線拆檢，未能確定故障原因。

圖7 P6004A 電流趨勢（2023.1.20）

故障原因分析：通過分析電流數據判斷，P6004A 電流突升至超電流仍然是電氣方面原因。泵在停機后，電流指示在短期內仍然有數據（0～5A 之間波動），在1 月30 日的電流趨勢中尤為明顯（如圖8 所示）。

圖8 P6004A 電流趨勢（2023.1.30）

后經電氣工程師檢查發現，P6004A 運行時會間歇性地電流缺相，進而發現是由于綜合保護器老化發生故障，受熱到一定程度便會發生電流短路，以至于P6004A 每運行一段時間便會電流迅速上升從而觸發保護開關。后期經電工更換新綜合保護器后，P6004A 運行正常，但運行一段時間后振動便會達到3mm/s 以上（如圖9 所示）。推測由于之前的幾次超電流事件，導致屏蔽泵較長時間低轉速小流量運行，軸承因潤滑不足而受到損傷。3 月5 日，P6004A 振動值達到3.5mm/s，切換至備用泵。

圖9 P6004A 振動值（2023.2.24—2023.3.5）

5 結語

通過對揚州石化烯烴分廠脫乙烷塔回流泵的故障原因分析，對將來更快更準地判斷和排除屏蔽泵故障具有重要意義，可采取有針對性的措施提高屏蔽泵運行穩定性和使用壽命。為此，論文提出如下見解和建議：

①優化設計選型，提升泵內零部件材質，以提高其抗腐蝕性能和使用壽命。屏蔽泵的種類較多，應根據介質特點選用合適的屏蔽泵類型。逆循環型屏蔽泵因其自身介質流向的特點，適用于輸送易揮發液體，且抗氣蝕能力較普通型要強[4]，因此可作為重新選型的一個參考。此外，葉輪、平衡盤等易腐蝕部件宜選用高強度、高硬度和高韌性的不銹鋼材質，葉輪的形狀設計宜采用“馬刀形”以減少流體阻力損失。

②通過故障現象及特征正確判斷出故障類型，對于后期的故障診斷及排除尤為重要。根據故障排查的難易程度，確定排查優先級為：工藝＞電氣＞機械。對于屏蔽泵故障的機械原因，更多往磨損、腐蝕和潤滑的角度去分析，并以此作為提高屏蔽泵運行穩定性和使用壽命的基點。而就如何提高泵體抗磨損和腐蝕能力，可以從升級材質、增加表面處理工藝等角度進行考慮。電氣原因，從電氣設備及線纜兩方面進行排查；而工藝原因，則更多的是從上游裝置查找原因。

③對于重復出現相同故障現象時，一定要排查清楚故障原因，切忌頻繁啟停屏蔽泵，以防屏蔽泵損傷擴大化。從之前分析的案例中可以推測，P6004A 二次維修后振動值緩慢上漲跟1 月15 日—1 月30 日之間數次超電流事件有很大的關系。如果1 月9 日初試時就對綜合保護器故障引起重視并及時更換修復，就有很大概率避免頻繁低轉速小流量運行而造成軸承損傷。電氣故障相對于機械故障而言具有較強的隱蔽性，因此在設備變更前均應對電氣狀況做全面檢查，確保電氣設備及線路的完好性。