馬玉斐，潘藝昌，唐 益

(青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司，山東青島 266101)

海水淡化裝置因其高壓力運行，所以要求所有設(shè)備必須具備長期高效穩(wěn)定運行的特性。因各種原因，在裝置中時常出現(xiàn)多級離心高壓泵振動超標，引發(fā)機組監(jiān)控儀表報警或聯(lián)鎖停車，對系統(tǒng)運行帶來隱患。

振動是考核多級離心高壓泵可靠性的一個重要指標[1]，振動超標將造成泵內(nèi)部件的損壞，機組不能正常運行，從而導(dǎo)致物料損失或環(huán)境污染，產(chǎn)生的噪音也會對操作人員和周邊環(huán)境造成次生危害。

1 工程概況

某電廠海水淡化系統(tǒng)反滲透高壓泵泵頭采用某進口品牌的8級臥式離心泵，額定流量為394 m3/h，額定揚程為3.7 MPa，額定轉(zhuǎn)速為2 802 r/min。高壓泵的功能是提供符合海水反滲透運行所需流量和壓力的給水，克服膜的滲透壓，保證反滲透產(chǎn)水的出力。高壓泵采用變頻控制，啟動時頻率緩慢升高，流量逐漸增大，以避免對反滲透膜組件的沖擊。

高壓泵由多個單級泵軸串聯(lián)而成，通過增加泵級數(shù)和提高轉(zhuǎn)速來提高介質(zhì)壓力。泵與電機使用軟聯(lián)接，進出水口管與泵體通過卡箍聯(lián)接。泵頭和電機現(xiàn)場找正安裝，因電機本體質(zhì)量高達5 t，人工調(diào)整較為困難，因此，現(xiàn)場通過調(diào)整泵體6個支撐螺桿完成泵與電機的對中安裝，如圖1所示。

圖1 泵整體結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Overall Structure of Pump

該高壓泵屬于三類泵B等級，在出廠測試時，按照《泵的振動測量與評價方法》(GB/T 29513—2013)[2]進行振動驗收，性能和振動符合要求，振動烈度合格標準為<4.5 mm/s，試驗停車標準上限值為7.1 mm/s。

在電廠進行首次啟動調(diào)試時，發(fā)現(xiàn)泵的振動超標，然后通過對泵的設(shè)計、制造、安裝、管道配置、操作運行范圍等幾方面進行分析，最終確定了問題所在。但在對泵的拆解分析過程中，泵內(nèi)部機械件損傷嚴重，同時也導(dǎo)致該電廠的整個海水淡化系統(tǒng)調(diào)試嚴重滯后，帶來巨額經(jīng)濟損失。

2 試驗過程

為了查找振動超標原因，該電廠高壓泵進行了7次試驗運行。

第1次試運行，頻率在15 Hz時，泵體進口垂直于泵軸水平方向振動值高達9.5 mm/s，其他兩個方向、電機及泵各級振動正常；繼續(xù)運行2 min左右后，振動值降為1.8 mm/s，緩慢升頻，該振動值趨勢仍為先大后小；升至30 Hz時，振動值高達25.5 mm/s。初步懷疑泵對中存在問題。

相關(guān)維修人員進行檢查時，發(fā)現(xiàn)對中滿足要求，但泵體支撐螺栓的個別螺母存在未完全緊固現(xiàn)象，對其緊固螺栓后，第2次試運行。電機頻率緩慢上升到32 Hz時，泵進口垂直于泵軸水平方向振動值為13.5 mm/s，超出標準立即停機，詳細運行參數(shù)如圖2所示。

圖2 泵的振動值隨頻率變化曲線Fig.2 Vibration Curve of Pump with Frequency Change

深入分析認為，泵入口管道支架設(shè)計不足以消除管道重力對水泵產(chǎn)生應(yīng)力，現(xiàn)場在未脫開進口管道的情況下，對泵的進口增裝支架。

第3次帶載試驗，頻率緩慢上升至34 Hz時，泵進口垂直于泵軸水平方向振動值為9.9 mm/s，仍超出標準值停機。對比第2次啟動，振動有所改善，但并未完全消除，可見管道支架非水泵振動超標的根本原因。再次檢查水泵進出口與管道安裝的情況，發(fā)現(xiàn)泵的入口與管道卡箍連接處，存在較大應(yīng)力和錯口，如圖3所示。

圖3 泵入口管道錯口Fig.3 Pipe Hi-Lo of Pump Inlet

脫開進出口管道，重新進行對中并調(diào)整進出口管道。

第4次進行啟泵試驗，在電機頻率升到34 Hz后，泵進口的X方向振動達到11.1 mm/s。相比第3次啟動，振動效果變差。具體數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 第4次啟動各點振動值Tab.1 Vibration Value of Each Point of the Fourth Startup

第5次啟泵并進行觀察和數(shù)據(jù)測量，在電機頻率升到32 Hz后，泵的進口處振動值最大為5.3 mm/s；電機頻率升到35 Hz，振動陡增最大值超過20 mm/s，在機械密封處產(chǎn)生異響。

對泵進行檢查，發(fā)現(xiàn)軸與機械密封壓蓋配合間隙上下存在偏差，且有明顯摩擦痕跡。重新對泵進行對中，并再次進行了2次啟泵試驗。

第6次啟動至36 Hz后，泵各級葉輪處振動測量數(shù)據(jù)如表2所示。

表2 第6次啟動泵在36HZ時各級振動值Tab.2 Vibration Values at All Levels of the Sixth Pump Startup at 36 Hz

其中，水泵3、4兩級葉輪振動最高，調(diào)整3、4級葉輪處支撐螺桿后，第7次啟泵，測量了各級葉輪在不同頻率下的振動最大值，如表3所示。

表3 第7次啟動泵各級葉輪在不同頻率下振動最大值Tab.3 Maximum Vibration Values of Impellers at All Levels of the Seventh Pump Startup at Different Frequencies

頻率升至36 Hz時，水泵各級振動得到改善，但除第7、8級外其余均超停機標準，現(xiàn)場停止水泵試驗。

3 泵的拆解

廠家根據(jù)現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)和檢查結(jié)果，判斷泵軸已扭曲變形，并懷疑泵體內(nèi)葉輪和機械密封等部件有損壞，因此，決定對該泵進行拆解檢查。

泵解體后，發(fā)現(xiàn)泵軸存在不同程度的磨損，各級葉輪靜環(huán)密封面、葉輪動環(huán)密封面及導(dǎo)流殼軸套等部件磨損嚴重，如圖4所示。

圖4 水泵拆解后各零部件磨損痕跡 (a)動環(huán)；(b)靜環(huán)；(c)泵軸；(d)軸承Fig.4 Wear Marks of Parts after Disassembly of Water Pump (a)Moving Ring; (b)Stationary Ring; (c)Pump Shaft; (d) Bearing

對軸的彎曲度進行了測量，最大變形量為1.42 mm，測量值如表4所示。數(shù)據(jù)表明，泵軸已發(fā)生嚴重扭曲變形。

4 原因分析

(1)在未進行泵的對中下，完成了泵的進出口管道的配管及安裝工作。按照《風(fēng)機、壓縮機、泵安裝工程施工及驗收規(guī)范》(GB 50275—2010)[3]中4.1.5章節(jié)規(guī)定：管道與泵連接后，應(yīng)復(fù)檢泵的原找正精度；當(dāng)發(fā)現(xiàn)管道連接引起偏差時，應(yīng)調(diào)整管道。

(2)在進口管道與泵未脫開的情況下，安裝人員強行通過泵體調(diào)整螺栓把泵體抬高進行找中；未遵從行業(yè)慣例，在泵的對中找正的過程中把進出口管道松開。

(3)在完成泵與電機找中后，未按照廠家安裝指導(dǎo)文件進行泵體的水平找正。且按照GB 50275—2010中4.1.3章節(jié)規(guī)定：整體安裝的泵安裝水平，應(yīng)在泵的進、出口法蘭面或其他水平面上進行檢測，縱向安裝水平偏差不大于0.10/1 000，橫向安裝水平偏差不大于0.20/1 000。

(4)泵的入口管道未按標準設(shè)計支架，按照GB 50275—2010中4.1.5章節(jié)規(guī)定：泵的進出口管道應(yīng)有各自的支架，泵不得直接承受管道等的質(zhì)量。雖然在第3次啟動前在進口管道處安裝了支架，但是支架安裝時未把進口管道與泵體卡箍連接處脫開。

(5)啟泵試驗中，在發(fā)現(xiàn)泵的振動異常情況下，未及時采取有效的措施檢查發(fā)現(xiàn)進口管道安裝問題，而是多次啟泵超標運行。

表4 軸變形量Tab.4 Axial Deformation

基于以上原因及調(diào)試期間試驗數(shù)據(jù)，初步分析認為，此次高壓泵振動超標致使泵軸及內(nèi)部零部件嚴重損壞的主要原因有以下幾點。

(1)在進口管道與泵連接卡箍未脫開的情況下，進行泵與電機的找中，導(dǎo)致泵進口與管道連接處存在較大應(yīng)力和錯開，使泵處在管道應(yīng)力下運行，致使泵的入口處振動超標。

(2)在進行找中后，未對泵的水平進行檢查校正，因管道應(yīng)力所致使泵的6個支撐螺栓調(diào)整不均勻，泵體處于扭曲狀態(tài)下運行，導(dǎo)致泵軸多次運行發(fā)生扭曲。

5 結(jié)論

綜上分析，該8級臥式高壓離心泵由于對中安裝時，進口管道未脫開而將泵整體抬升20 mm，在泵的入口處形成較大應(yīng)力，且對中安裝后缺少對泵的水平進行校正，泵體處于扭曲狀體下，啟動振動超標運行促使該泵內(nèi)部零件出現(xiàn)損傷。

通過對該泵振動超標問題的分析，對以后海水淡化系統(tǒng)多級臥式高壓離心泵的安裝和調(diào)試有諸多指導(dǎo)和借鑒意見。

(1)多級臥式離心泵現(xiàn)場進出口管道配管結(jié)束后，要對泵的找正及水平進行校正。

(2)對于多級臥式離心泵在現(xiàn)場施工和調(diào)試前，應(yīng)制定針對性合理的施工文件和調(diào)試程序，可以及早發(fā)現(xiàn)問題并妥善解決問題。

(3)加強現(xiàn)場的施工和調(diào)試管理監(jiān)督，從管理制度上嚴格要求安裝和調(diào)試應(yīng)按照相應(yīng)的標準、規(guī)范和廠家指導(dǎo)文件進行工作，杜絕盲目施工和調(diào)試。