羅偉雄（中海石油化學(xué)股份有限公司裝置保運(yùn)部，海南東方 572600）

磁力泵開車不成功原因分析及處理措施

羅偉雄
（中海石油化學(xué)股份有限公司裝置保運(yùn)部，海南東方 572600）

分析磁力泵在檢修后開車反復(fù)出現(xiàn)軸抱死原因，提出該磁力泵開車程序存在的問題及改進(jìn)措施，成功解決了該故障，為今后同類設(shè)備出現(xiàn)類似故障提供參考。

甲醇；磁力泵；抱死；汽化；開車程序

80萬t/a甲醇生產(chǎn)裝置是中海油化學(xué)股份有限公司海南東方基地的化工裝置，該裝置采用英國DAVY工藝技術(shù)。由于磁力泵的優(yōu)越性能及良好生產(chǎn)安全性，使磁力泵在化工生產(chǎn)越來越得到廣泛使用，80萬t/a甲醇裝置就采用了10臺各種規(guī)格型號的磁力泵，驅(qū)動電機(jī)勻為變頻電機(jī)。2015年1月，工藝操作人員在將運(yùn)行的B泵倒為A泵運(yùn)行操作時，A泵抱死。檢修人員隨即展開檢修，但檢修后的泵在開車幾分鐘內(nèi)，軸再次抱死，反復(fù)二次情況基本一樣。本文就開車失敗的原因及處理方法進(jìn)行分析。

1　磁力泵的工藝流程及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡介

精餾塔回流槽D332壓力為0.7MPa的甲醇，經(jīng)精餾塔回流泵J433輸送到精餾塔D232頂部分餾（見圖1）。磁力泵是先進(jìn)的懸臂式離心泵，由電機(jī)，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子和外磁轉(zhuǎn)子組成。如圖2所示：葉輪、泵軸、徑向軸承、止推軸承和內(nèi)磁缸組成內(nèi)磁轉(zhuǎn)子；外磁轉(zhuǎn)子由外磁缸、傳動軸和滾動球軸承組成；內(nèi)磁缸與外磁缸之間有一個隔離套。內(nèi)磁缸與外磁缸的磁力相互作用，使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在隔離套密封的工作腔內(nèi)高速旋轉(zhuǎn)輸送液體，外磁轉(zhuǎn)子的球軸承潤滑為機(jī)油潤滑，而內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的軸承則依靠介質(zhì)本身潤滑和冷卻。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子被隔離套封閉在泵殼內(nèi)，沒有軸端密封，具有零泄漏、無機(jī)械密封冷卻器及輔助管線等特點(diǎn)，在化工行業(yè)特別是易燃易爆、有毒有害介質(zhì)輸送場所，得到廣泛采用。

圖1　磁力泵工藝流程圖

內(nèi)磁轉(zhuǎn)子的徑向和止推軸承均為碳化硅滑動軸承，在高溫下燒結(jié)而成。碳化硅軸承雖然硬度很高，但一旦潤滑和冷卻不到位或不正常，幾分鐘內(nèi)碳化硅軸承就因相互研磨而粉碎，造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞。在生產(chǎn)裝置建成原始開車時，由于工藝介質(zhì)經(jīng)過一系列的靜設(shè)備后，攜帶著各種的細(xì)微顆粒，特別是更換新的觸媒，40目的泵入口過濾網(wǎng)不能阻擋粉狀觸媒粉，堵塞了潤滑冷卻通道而使泵嚴(yán)重?fù)p壞，這種情況在裝置試車初期，磁力泵曾發(fā)生過幾次的。

那么，甲醇是如何潤滑和冷卻磁力泵內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸承的呢？如圖3所示，首先一根管道將甲醇從泵出口引入泵蓋內(nèi)通道A，進(jìn)入軸承支架內(nèi)部后，分B、C、E三路，其中C、E二路分別進(jìn)入前后軸承，E路甲醇進(jìn)入前軸承，經(jīng)潤滑和冷卻直接回到泵葉輪背側(cè)，C路進(jìn)入后軸承，經(jīng)潤滑和冷卻后流到軸承支架和內(nèi)磁缸之間腔體內(nèi)；另一路，B路甲醇從軸承支架通過軸側(cè)上的四個直徑為￠10mm 的孔，進(jìn)入直徑為￠16mm長度約300mm的軸中心孔通道后從軸頭后端流出，來到內(nèi)磁缸與隔離套的軸向縫隙里，接著180°折返，帶著內(nèi)磁缸和外磁缸相互作用產(chǎn)生的熱與B路會合形成D路，一起流入葉輪背面，最后從葉輪平衡孔流回葉輪入口。潤滑冷卻液通道的入口在泵的出口，出口在泵的入口，泵正常工作情況下，出口壓力為1.35MPa，入口壓力為0.71MPa，出口與入口的壓力差使介質(zhì)產(chǎn)生流動而不斷循環(huán)、不斷更新。為了保證介質(zhì)在這過程中不斷循環(huán)，帶走軸承產(chǎn)生的摩擦熱，磁力泵在啟動及運(yùn)轉(zhuǎn)中嚴(yán)禁小流量狀態(tài)下運(yùn)行，設(shè)備操作手冊特別強(qiáng)調(diào)出口閥不能完全關(guān)閉，必須確保有最小1/4的開度。這是磁力泵與普通離心泵啟動時的不同之處。

圖2　磁力泵結(jié)構(gòu)圖

圖3　磁力泵潤滑流動圖

2　磁力泵故障發(fā)生過程

2015年1月17日，工藝在倒泵開車過程中，發(fā)生A泵傳動軸抱死盤不動車，根據(jù)經(jīng)驗，磁力泵傳動軸抱死，基本上都是內(nèi)磁轉(zhuǎn)子抱死，而內(nèi)磁轉(zhuǎn)子抱死都是碳化硅軸承損壞造成。經(jīng)解體檢修故障泵，發(fā)現(xiàn)碳化硅軸承損壞，特別是后軸承損壞較重。磁力泵檢修過程是嚴(yán)格按程序進(jìn)行的，第二天下午完成檢修后，按工藝開車程序試車，但啟動不到一分鐘，泵體發(fā)出異常的響聲而采取緊急停泵措施。

斷開聯(lián)軸節(jié)后，泵軸盤不動，再次解體檢查發(fā)現(xiàn)，后徑向軸承和止推軸承已經(jīng)損壞。判斷可能是灌泵排氣不徹底，隔離套內(nèi)有空氣，致使?jié)櫥?、冷卻不到位，碳化硅軸承旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的摩擦熱，使液態(tài)甲醇迅速汽化為汽態(tài)甲醇，汽態(tài)甲醇封住潤滑通道進(jìn)出口，缺乏冷卻潤滑液的碳化硅軸承即刻損壞。為了確保開車前隔離套內(nèi)的空氣排盡，技術(shù)人員想出了從泵體到隔離套法蘭一直鉆通，然后在隔離套法蘭上加工管螺紋并安裝1/2〃儀表閥（見圖3），作為磁力泵工作腔內(nèi)的排汽閥，此舉也得到廠家現(xiàn)場技術(shù)員認(rèn)可。經(jīng)改造加裝排氣閥的磁力泵，已能夠確保灌泵排氣徹底，隨即按程序進(jìn)行試車，但很快磁力泵再次因泵發(fā)出異常響聲而被迫停泵。

解體檢查發(fā)現(xiàn)同樣也是后軸承損壞，特別是止推軸承損壞較嚴(yán)重，這是軸向力過大引起。前軸承未損壞，應(yīng)該是泵在發(fā)出異常響聲后，操作人員及時停泵未造成更嚴(yán)重后果。

圖3　加裝的排氣閥

3　磁力泵故障原因分析

磁力泵二次開車勻失敗后，不得不重新審視檢修和開車到底哪個環(huán)節(jié)出了問題。廠家現(xiàn)場技術(shù)員之前曾多次和維修人員一起檢修，廠家技術(shù)員認(rèn)為整個檢修過程的程序很規(guī)范，質(zhì)量控制很到位，檢修質(zhì)量是沒有問題的。

如果檢修質(zhì)量沒有問題，那么就是開車環(huán)節(jié)了。通過對磁力泵結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，及設(shè)備操作手冊要求和現(xiàn)場開車程序的梳理，初步認(rèn)為問題應(yīng)該出在開車方面。見圖1，普通離心泵即軸端密封為機(jī)械密封的開車程序：B為運(yùn)行泵，A為檢修好的試車泵，操作人員首先將A泵出口閥關(guān)閉，將入口閥緩慢打開進(jìn)行灌泵，入口壓力低的可打開出口旁路閥灌泵，同時打開高處排氣閥排氣，之后關(guān)閉旁路閥，盤車檢查正常后啟動A泵，當(dāng)出口壓力正常后，緩慢打開A泵出口閥，同時關(guān)閉B泵出口閥。待A泵正常運(yùn)行后，才關(guān)停B泵。

磁力泵的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子是依靠介質(zhì)本身來潤滑冷卻的，設(shè)備操作手冊強(qiáng)調(diào)，任何情況下不允許小流量運(yùn)行，特別是嚴(yán)禁出口閥處于關(guān)閉狀態(tài)，因為當(dāng)泵的流量為零時，葉輪所吸收的功率就轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮軅鹘o所輸送的介質(zhì)，這將使甲醇汽化，缺乏潤滑液的碳化硅軸承將很快磨損并損壞，因此要求，磁力泵啟動前出口閥先開啟1/4。眾所周知，化工裝置工藝流程特點(diǎn)是連續(xù)、穩(wěn)定的運(yùn)行，工藝人員在倒泵和試車操作時，為保險起見及確保工藝的運(yùn)行穩(wěn)定性，通常要求試車泵運(yùn)行正常后，才關(guān)停另一臺泵。問題就出在這里，見圖1，首先看泵入口管道設(shè)計，A、B泵共用一根入口管線，如果B泵運(yùn)行狀態(tài)下啟動A泵，勢必出現(xiàn)二臺泵搶流量而造成入口流量不足，而B泵的轉(zhuǎn)速一直處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，并且磁力泵是變頻電機(jī)驅(qū)動，啟動過程是個逐步升速的過程，在這段時間里，正在啟動的A泵由于轉(zhuǎn)速較低，入口流量搶不過正常運(yùn)行的B泵。再看出口管道的布局，A、B泵出口管線也是匯合到一根管線上，正常運(yùn)行的B泵出口壓力高達(dá)1.35MPa的甲醇，完全將A泵出口止逆閥死死頂住，只有A泵出口壓力也達(dá)到1.35MPa才能頂開止逆閥。因此，在A泵止逆閥打開之前這段過程的時間里，A泵一直處于無流量運(yùn)行，此時泵的流量雖然為零，但葉輪所作的功并不為零，這使葉輪作功產(chǎn)生的熱能及碳化硅軸承摩擦產(chǎn)生的熱能，全部給甲醇吸收，吸收大量熱能的液體甲醇，溫度一旦超過飽和汽化溫度將迅速汽化，無液體潤滑的碳化硅軸承很快損壞。不斷膨脹的汽態(tài)甲醇，使轉(zhuǎn)子軸向力變大，同時電機(jī)升速的過程也使轉(zhuǎn)子軸向力加大，二個變大的軸向力疊加，造成后止推軸承片最先損壞。假如B泵處于停止?fàn)顟B(tài)會是什么情況？首先，二臺泵就不會出現(xiàn)入口爭搶流量的情況，而且A泵的出口止逆閥的壓力就不是B泵的出口壓力1.35MPa，只要達(dá)到精餾塔D233的操作壓力0.8MPa，A泵就可頂開出口止逆閥。計算可知，停B泵再啟動A泵，泵只需要升壓0.8－0.71 =0.09MPa（約1kg/cm2）；而不停B泵就啟動A泵，泵則需要升壓1.35－0.71 =0.64MPa（約6.5kg/ cm2），B泵停和不停二種情況下啟動A泵，打開止逆閥二者的壓力相差約6倍。因此，該磁力泵不能按普通離心泵操作程序進(jìn)行倒泵和開車。

為什么其他磁力泵就沒有出現(xiàn)在倒泵過程軸抱死的情況呢？首先要清楚甲醇的一個物理特性，在大氣壓0.101 3MPa （760mmHg）時，即一個標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下，精甲醇的汽化溫度64.7℃。從表1可以看到，前三臺磁力泵的介質(zhì)為粗甲醇，成分含各種雜質(zhì)和水，含雜質(zhì)和水粗甲醇汽化溫度應(yīng)該比精甲醇的要高。再看后二臺，精餾塔回流泵J433和回收塔回流泵J436的介質(zhì)都是精甲醇，但J433的入口溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過J436的入口溫度，而且是汽化溫度64.7℃的二倍，高達(dá)123℃。當(dāng)泵啟動時，不合理的啟動程序，會造成入口流量不足，特別是出口止逆閥關(guān)閉狀態(tài)下，易誘使高溫液態(tài)甲醇汽化，造成碳化硅軸承損壞，這應(yīng)是J433開車時容易發(fā)生故障的原因之一。

表1　磁力泵性能參數(shù)表

4　故障原因及采取措施

通過現(xiàn)場勘察和設(shè)備操作手冊仔細(xì)研究，找到精餾塔回流泵J433檢修開車易發(fā)生抱軸的原因，主要是設(shè)備開車程序上的原因，采取了普通離心泵操作程序進(jìn)行倒泵和開車，結(jié)果會產(chǎn)生磁力泵維護(hù)操作手冊中，禁止小流量或無流量狀態(tài)運(yùn)行情況發(fā)生。

改進(jìn)的開車及倒泵程序：見圖5。①利用管道上最高排汽閥或在泵體上加裝的排汽閥徹底灌泵排汽；②由于介質(zhì)溫度太高，適當(dāng)進(jìn)行暖泵；③進(jìn)口閥保持全開狀態(tài)，泵出口已經(jīng)有止逆閥，所以出口截止閥也全打開（說明：A/B是帶連鎖自動控制啟動的，二臺泵正常情況下，進(jìn)/出口截止閥都處于開戶狀態(tài)，只有檢修需要置換和隔離介質(zhì)，才關(guān)閉進(jìn)/出口截止閥）；④盤車檢查無卡澀現(xiàn)象，同時也能攪動液體，排氣更有利；⑤特別強(qiáng)調(diào)，只有當(dāng)運(yùn)行泵按操作程序停止運(yùn)行后，才能開始啟動試車泵。

圖5　開車/倒泵程序方塊圖

5　結(jié)束語

按改進(jìn)后的開車程序及一些輔助措施，磁力泵J433終于順利啟動了，并投入生產(chǎn)裝置中。這次故障的成功處理，解決了生產(chǎn)困擾的問題，消除了給生產(chǎn)造成的不穩(wěn)定因素，為今后出現(xiàn)類似故障提供解決思路。

Magnetic Drive Pumps Unsuccessful Cause Analysis and Treatment Measures

Luo Wei-xiong

The magnetic pump after overhaul drive shaft locking recurring reasons，the proposed magnetic drive pump problems and procedural improvements，the successful resolution of the failure to provide a reference for future similar equipment similar failure.

methanol；magnetic pump；lock；vaporization；startup procedure

TQ051

B

1003-6490（2016）05-0005-02

2016-04-25

羅偉雄（1972—），男，廣東興寧人，機(jī)械維修高級技師/機(jī)械工程師，中海石油化學(xué)股份有限公司現(xiàn)場技術(shù)指導(dǎo)。