范天祥，鄭明統(tǒng)，初保衛(wèi)，范 利

（中國石油寧夏石化公司，寧夏銀川 750026）

我國的國產(chǎn)化大化肥裝置是2009 年中石油研發(fā)了合成氨、尿素工藝包后才具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大氮肥工藝系統(tǒng)，且在中國石油寧夏石化公司第三套化肥裝置45/80 關(guān)鍵設(shè)備完全實現(xiàn)自主國產(chǎn)化。該套設(shè)備自2018 年原始開車以來，關(guān)鍵設(shè)備尿素水解給料泵多次出現(xiàn)軸承箱振速高的問題，給裝置的平穩(wěn)運行帶來隱患。本文針對水解給料泵出現(xiàn)的故障進行分析并提出改造措施，為今后同類國產(chǎn)設(shè)備的設(shè)計、維護、檢修提供借鑒和幫助[1，2]。

1 工藝流程

水解給料泵將來自第一解析塔底部溶液濃度Ur：0.81wt.%、NH3：0.96wt.%、CO2：0.11wt.%升壓至2.3 MPa后，與來自水解塔底部的溶液混合，然后通過水解塔換熱器換熱后進入水解塔頂部。再利用水解塔底部2.5 MPa（A）、325 ℃過熱蒸汽將混合液水解，達到外排標準[1，2]。

2 設(shè)備簡介及性能參數(shù)

水解給料泵設(shè)計為三級葉輪，泵體外缸采用垂直剖分，內(nèi)缸采用水平剖分的形式；殼體材質(zhì)為316、泵軸材質(zhì)3Cr13，葉輪材質(zhì)316；軸承箱為懸臂式，采用兩盤7312BAU 角接觸球軸承和一盤NU312 圓柱滾子軸承定位和支撐，止推側(cè)兩盤角接觸球軸承采用面對面安裝，軸承箱與泵體靠錐銷定位和螺栓連接，前后軸承潤滑方式為飛濺潤滑，軸封兩端采用雙端面機封。該泵主要性能參數(shù)（見表1）。

表1 水解給料泵主要性能參數(shù)

3 水解給料泵振速高的原因分析

該泵自2018 年原始開車以來，運行中多次出現(xiàn)軸承箱振速高、軸承燒損的現(xiàn)象，開車以來歷次出現(xiàn)的問題（見表2）。

從表2 看出水解給料泵出現(xiàn)故障主要是軸承振速高和軸承有異音，而從歷次拆檢泵體檢查到的主要原因有：電機和泵對中偏差大；止推軸承調(diào)整間隙有缺陷；軸承外圈存在跑套現(xiàn)象；間隙汽蝕引起轉(zhuǎn)子振動等。

表2 水解給料泵試車以來出現(xiàn)的故障

3.1 泵和電機對中偏差大，泵體單側(cè)有吊腳現(xiàn)象

水解給料泵用百分表檢測泵與驅(qū)動電機對中，檢測結(jié)果是泵和電機同心度超差，即兩軸中心線不在同一條直線上，徑向偏差為0.30 mm，端面為0.20 mm；用塞尺檢查泵肩四角和電機地腳螺栓是否存在吊腳現(xiàn)象，結(jié)果電機四角無間隙，而驅(qū)動端面朝泵體方向右腳有0.06～0.12 mm 間隙，存在吊腳現(xiàn)象。

3.2 止推軸承的間隙調(diào)整與標準誤差大

水解給料泵解體前盤車轉(zhuǎn)子有卡澀現(xiàn)象。拆卸自由側(cè)軸承箱發(fā)現(xiàn)，面對面裝配的角接觸球軸承SKF7312B-AU 內(nèi)外圈滑道、滾珠、保持架磨損嚴重，且軸承裝配到軸承箱后的間隙都已超標：泵軸的工作竄量為0.25 mm，泵軸的膨脹量為0.40 mm，泵軸的抬量為0.20 mm。這些數(shù)值與泵和軸承制造廠家所給的標準有很大差距。這些標準的降低最終導(dǎo)致泵在實際運行中隨著負荷的增大從而造成軸承箱振速升高。

3.3 軸承外圈與軸承箱配合間隙超標，軸承箱內(nèi)孔存在跑套現(xiàn)象

水解給料泵自由側(cè)軸承箱拆檢后發(fā)現(xiàn)軸承箱內(nèi)孔與軸承外圈有相對滑動的痕跡，而且用內(nèi)徑量表檢測軸承箱內(nèi)孔最小尺寸為Φ130.04 mm，最大尺寸為Φ130.08 mm，與之配合的軸承外圈尺寸為Φ130.00 mm。從三個數(shù)據(jù)的對比與差值說明軸承箱內(nèi)圈已磨損成橢圓，且此處配合間隙為0.04～0.08 mm，說明軸承外圈已跑套，這是造成該泵振速高的另一主要原因。

3.4 葉輪、殼體口環(huán)沖刷、腐蝕嚴重，間隙汽蝕引起泵體振速升高

水解給料泵解體大修時發(fā)現(xiàn)葉輪口環(huán)間隙超標，一級、二級、三級口環(huán)間隙實測為2 mm，標準為0.55～0.65 mm；二級殼體口環(huán)因汽蝕沖刷而脫落，平衡鼓磨損嚴重，間隙達到0.65 mm，而且圓周有2～3 mm 的深槽（見圖1），這些間隙超標造成間隙汽蝕在轉(zhuǎn)子動靜摩擦部位發(fā)生，從而造成泵振速的升高。

圖1 沖刷磨損的葉輪口環(huán)及平衡鼓摩擦副

4 水解給料泵振速高的改造措施

4.1 提高對中精度，消除吊腳對機泵振速產(chǎn)生的影響

提高水解給料泵的找正精度就是要保證泵軸的中心線與電機的中心線重合。如果泵和電機不對中，則會引起機泵振速的升高，并影響軸、軸承、機封、葉輪及軸上其他零件的正常運轉(zhuǎn)，甚至?xí)鹫_機器的振動；該泵在現(xiàn)場安裝過程中存在吊腳現(xiàn)象，即泵肩的四個支點與基座存在間隙。如果泵出入口管路與泵連接應(yīng)力過大，或者管路支架強度不夠都會造成管路對泵體產(chǎn)生下壓或者上拉的應(yīng)力，從而破壞泵與電機的同心度，造成泵體產(chǎn)生振動。該泵用三表找正法檢查電機與泵的對中，找正過程中執(zhí)行膜片聯(lián)軸節(jié)徑向小于0.08 mm，端面小于0.05 mm 的標準；同時用0.20 mm 不銹鋼墊消除驅(qū)動端面朝泵方向右側(cè)0.06～0.12 mm 的支腳間隙（見圖2），從而徹底消除找正精度不高和吊腳引起機泵振速高的隱患。

圖2 不銹鋼墊片消除吊腳位置圖

4.2 改造軸承裝配方式，消除角接觸球軸承間隙過大引起的振動

水解給料泵止推軸承原始安裝是兩盤SKF7312BAU 角接觸球軸承，安裝形式為面對面裝配（見圖3）。面對面裝配的軸承可承受作用于兩個方向上的軸向載荷，但每個方向上的載荷只能由一個軸承承受，而且在實際裝配過程中軸承外圈和壓蓋的間隙調(diào)整比較困難。當軸承外圈和壓蓋的軸向間隙過大時，泵運行時泵軸的徑向晃動很大，造成葉輪口環(huán)等動靜部件的碰磨；當軸承外圈和壓蓋的軸向間隙過小時，在泵沒有運行時軸承就已經(jīng)承載一定的預(yù)載荷，當泵啟動后軸承壓蓋與軸承外圈之間摩擦易造成軸承溫度和振速升高，從而損壞軸承。為了降低振速和更易調(diào)整軸承外圈和壓蓋的膨脹間隙，將面對面原始安裝的兩盤SKF7312B-AU 角接觸球軸承改造成背對背安裝的角接觸球軸承NSK7312BDB。背對背角接觸球軸承的裝配形式軸系剛性高，轉(zhuǎn)子不僅能承受較大傾覆力矩，而且可承受雙向軸向載荷。改造后的角接觸球軸承按照背對背軸承裝配要求將軸的工作竄量調(diào)整至0.10～15 mm，轉(zhuǎn)子的膨脹間隙調(diào)整到0.15～0.20 mm，泵軸抬量調(diào)整到0.08～0.12 mm。這一技術(shù)的改動徹底解決了原始軸承安裝方式的不同造成泵振速高的問題；同時裝配間隙標準的提高，也為該泵長周期運行打下堅實的基礎(chǔ)。

圖3 面對面安裝的軸承

4.3 提高軸承外圈與軸承箱內(nèi)孔的配合精度，消除軸承箱內(nèi)孔的跑套現(xiàn)象

滾動軸承內(nèi)圈和軸頸裝配方式通常為基孔制，過盈配合；滾動軸承外圈和軸承座裝配方式通常為基軸制，過渡配合。內(nèi)圈和軸之間，外圈和座孔之間不允許有相對滑動，當出現(xiàn)打滑現(xiàn)象時稱為跑套。跑套對設(shè)備正常運行影響非常大，加速軸承、軸承箱、軸的磨損，甚至燒損軸承和軸。跑套造成軸承外圈與軸承箱內(nèi)孔相對滑動，把大量的能量轉(zhuǎn)化成了無用的熱能和噪聲，從而造成了泵體和軸承箱振速和溫度的升高。從設(shè)計、制造、溫差等方面對水解給料泵軸承外圈與軸承座的跑套現(xiàn)象進行了分析和研究，得出造成跑套的主要原因是軸承外圈與其配合的軸承箱內(nèi)孔是間隙配合及裝配不當造成的。為此將水解給料泵的軸承外圈與軸承箱裝配方式定為過渡配合，配合間隙為-0.015～0.015 mm。在實際修復(fù)軸承箱的過程中采用激光熔覆焊，將軸承箱內(nèi)圓加工到過渡配合尺寸Φ129.99 mm～Φ130.01 mm，而后與Φ130.0 mm 軸承外圈相配（見圖4），配合表面粗糙度為Ra0.8。這種改造大大提升軸承箱的穩(wěn)定性，徹底消除了間隙配合和跑套現(xiàn)象對振速升高的影響。

圖4 軸承箱內(nèi)圈跑套重新加工處理

4.4 調(diào)整動靜配合間隙，消除間隙汽蝕對轉(zhuǎn)子振速的影響

水解給料泵動靜配合間隙的設(shè)定因素包括軸的撓度、隔板止口間隙，溫升導(dǎo)致的熱膨脹、轉(zhuǎn)子的晃動量、前后軸承箱與轉(zhuǎn)子的同心度及汽蝕等。該泵拆檢復(fù)測葉輪與殼體口環(huán)間隙2 mm，平衡鼓與節(jié)流襯套間隙0.65 mm，且口環(huán)沖刷脫落，平衡鼓磨損嚴重，這主要是間隙汽蝕造成的（見圖5）。水解給料泵是三級離心泵，屬于多級離心泵的范疇，而多級離心泵對于口環(huán)摩擦副、級間摩擦副及平衡鼓摩擦副的間隙要求嚴格。而間隙汽蝕現(xiàn)象在高壓多級離心泵運行中極易造成間隙破壞，表象就是離心泵的摩擦副嚴重磨損，平衡機構(gòu)出現(xiàn)汽蝕剝蝕的現(xiàn)象。間隙汽蝕的成因是由于多級離心泵轉(zhuǎn)子撓度的存在，導(dǎo)致動靜摩擦副沿圓周方向間隙不均勻，而設(shè)計過程中要保證泵軸撓度最低位置有一定間隙，以確保轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中不會接觸。然而在工作過程中，摩擦副沿圓周方向間隙不同，導(dǎo)致泄漏量及壓降不同。壓降的不同造成局部氣體析出，析出的氣體會隨著高速旋轉(zhuǎn)，導(dǎo)致氣泡在小間隙位置高壓潰滅，對轉(zhuǎn)子產(chǎn)生徑向沖擊，從而造成轉(zhuǎn)子軸心軌跡的改變。隨著沖蝕的積累，導(dǎo)致振動加大，尤其是摩擦副材料選擇不正確或表面硬化不合理時這種影響更大。在實際的裝配過程中，對口環(huán)和節(jié)流襯套表面進行調(diào)質(zhì)滲碳改造（見圖6），間隙調(diào)整到0.60 mm；對平衡鼓表面進行熔敷焊后上磨床將間隙加工調(diào)整到0.50 mm。這種表面硬化處理和間隙的調(diào)整徹底降低了間隙汽蝕對轉(zhuǎn)子振速的影響，從而大大提高該泵運行的穩(wěn)定性。

圖5 間隙汽蝕造成葉輪口環(huán)沖刷

圖6 葉輪口環(huán)表面調(diào)質(zhì)滲碳處理

5 結(jié)語

國產(chǎn)化大化肥尿素裝置水解給料泵是關(guān)鍵設(shè)備，在前期試車和后期裝置滿負荷運行中，多次出現(xiàn)振速高、溫度高而影響尿素裝置長周期運行的隱患。針對該泵出現(xiàn)振速高的難題，經(jīng)過工藝、設(shè)備及制造廠家的工程技術(shù)人員分析原因和制定改造對策。在經(jīng)過多次技術(shù)改造后延長了該泵的檢修頻次，提高了尿素水解給料泵的運轉(zhuǎn)周期，保證了國產(chǎn)大化肥尿素裝置的長周期穩(wěn)定運行。同時也為解決同類設(shè)備出現(xiàn)的故障提供了一條技改之路，為大化肥關(guān)鍵設(shè)備國產(chǎn)化的推廣做出了貢獻。