高压往复泵出口水击原因分析及处理措施

康少华，亓仁东，梅 军，李普芳

（中国石油广西石化分公司，广西 钦州 535008）

中国石油广西石化公司250万t·a-1石脑油加氢装置，反应产物空冷后注水泵190-P102A/B为某泵业有限公司生产的3WCR-30-65M3型高压往复泵，额定功率30kW，额定流量14.7t·h-1,最高出口工作压力4.851MPa，减速比4.5，用于输送49℃除盐水注入空冷器前。

1 问题及分析

在单机试车阶段，注水罐加新鲜水（温度t=25℃），泵出口加临时管线，与注水罐形成闭路（如图1）。经4h的试运，期间增补新鲜水置换，保持入口温度30℃左右，泵正常运行，未见异常情况。投产阶段，为防止加氢反应生成的铵盐在低温下结晶堵塞反应产物空冷器管束，在反应产物空冷器前注入除盐水以洗去铵盐。启运注水泵A，缓慢关小泵出口返回线，提高泵出口压力至2.0MPa。每隔15min升高1MPa直至压力升至4.8MPa，在2.0MPa往4.8MPa升压过程中泵体出现水击声并伴随出口管线强烈震动，出口压力表剧烈震动。切换至B泵运行，泵体同样出现水击声，但出口管线震动稍微变弱，出口压力表也同样存在震动。出现此类情况，可能由以下几个方面引起：

（1）压力表根部阀开度过大。调整压力表根部阀开度，压力表摆动稍微变小。但未能消除泵体水击声及出口管线震动。

（2）泵吸排气阀泄露或吸排气阀损坏。拆开泵体检查吸排气阀完好，且阀弹簧完好，未见断裂。

图1 现场管线布置图

（3）入口滤网堵，介质不干净。拆开入口滤网，未发现明显颗粒。系统供的除盐水是经过10 超滤膜过滤后进行管网系统，除了极少管线本身残存的颗粒外，介质是干净的。

（4）管线存在悬空部位。悬空部位加橡胶垫，地面支撑加膨胀螺栓固定。泵重新运行后，管线震动明显好转。但是，泵内一旦出现水击声，出口管线就会剧烈震动。

（5）泵内存在气体。泵体及出口管线做排气操作完毕后才启运泵。但泵运行后，依然没有消除泵体的水击声及出口管线剧烈震动的情况。

（6）泵出口缓冲罐气囊充压过高或过低。利用缓冲罐厂家提供的专用工具对气囊进行压力校验，气囊充气压力维持在出口压力的70%（要求60%~90%），完全符合要求。

（7）泵入口压头偏低。

如图1所示，注水罐的高度1755mm,各段管线的长度如图注，注水量为12t·h-1。其中管件、阀门包括90°弯头，三通，闸阀，P102A与P102B为一开一备，注水量为13t·h-1，计算P102B计算入口压力。

在1、2界面处应用伯努利方程：

Z2=0； ∑hf可分为 A-B；B-C 两段。

主要管件、阀门包括1个90°弯头、一个直角弯头、一个全开闸阀。查表得40℃水的密度ρ=992.2kg·m-3；粘度μ=65.6×10-5pa·s，

取管道的绝对粗糙度ε=0.3mm, 则相对粗糙度ε/d1=0.003； ε/d2=0.00375，查摩擦系数与Re及相对粗糙度关系图，得：λ1=0.028；λ2=0.028。管件、阀门当量长度∑lei=90°弯头当量长度+标准三通当量长度+全开闸阀当量长度=3m+6m+0.7m。

经由厂家核实，泵入口压力要求不低于80kPa，因此在此工况下泵入口存在气蚀情况，造成出口管线震动，影响长周期平稳运行。

根据现场条件将泵入口罐加盲板隔离，直接引系统除盐水。启运泵后，经测量入口压力 >200kPa，但泵体仍有水击声。虽然出口管线震动情况有所减缓，但还需查找根本原因。

（8）阀瓣与阀座间隙小，存在摩擦。再次解体泵后，检查阀瓣与阀座情况发现，阀瓣与阀座间有不明显的摩擦痕迹。

图2 吸入口和排出口的阀瓣与阀座示意图

如图2所示，4、6的阀座内径d1=d2=50.000mm，外 径 D1=D2=95.000mm，3、5的 阀 瓣 外 径（下 部）d3=d4=49.970mm，常温t1=25℃，阀座处温度t2≈50℃，经查表得，高铬钢0℃与20℃时平均线性膨胀系数α0= 9.29×10-6mm·(mm· ℃ )-1；50℃ 与 20℃ 时 线 性膨胀系数α50= 9.59×10-6mm·(mm·℃)-1，所以高铬钢在t1=25℃的线性膨胀系数α25=（9.59-9.29）/50×25+9.29=9.44×10-6mm·(mm· ℃ )-1，则阀座及阀瓣在25℃时总膨胀量为：δ1=α25×D1×Δt1=9.44×10-6×95×5=0.0045mm，则阀座及阀瓣在50℃时总膨胀量δ2=α50×D1×Δt2=9.59×10-6×95×30= 0.0273mm，所以 Δδ=δ2-δ1≈0.023mm。

厂家提供的阀瓣与阀座工作环境是按常温25℃考虑，其间隙较小。间隙Δd=d1-d3=d2-d4=50.000mm-49.970mm=0.030mm。

阀座与泵缸间隙可以忽略，可以考虑阀瓣与阀座向内间隙膨胀。则有 Δδ≈Δd，泵阀座与阀瓣在高速运行存在摩擦，阀瓣未能及时开启或关闭，从而造成泵体产生水击声，进而造成泵出口管线剧烈震动。

3 解决措施

根据以上原因分析及相关计算结果，需要采取以下解决措施：

（1）出口管线支撑部位加膨胀螺栓紧固，防止管线振动。

（2）将阀座与泵缸间隙调大，可根本解决泵体产生水击声问题。咨询原厂家后，只要间隙Δd≯0.6mm就能满足设计要求。综合考虑，将阀座内径扩大至50.300mm，则有Δd =50.330mm。阀座改造后，回装完毕，重新投运机泵，泵体没有再发生水击声。

（3）根据计算结果显示，泵入口压力低，存在气蚀情况。采用泵入口罐盲板，直接引用系统0.4MPa左右的除盐水。可以避免泵入口压头过低，引起气蚀，造成设备损坏。

4 结论

经过以上的原因分析及处理，不仅从根本上找到了引起泵内产生水击声及出口管线剧烈震动的原因，而且找到了解决的方法。经过改造后，重新运行的高压往复注水泵泵体没有再出现水击声，泵出口管线震动随之也得到了解决。为装置长周期平稳运行打下坚实基础，同时在存在温升的条件下，除了要考虑活动密封件的膨胀量外，应该密切结合现场的实际，从设备本身、工艺介质、现场环境及工艺管线布置综合考虑，消除活动密封件的摩擦。只有通盘考虑各种制约因素，经过计算、分析判断，逐个原因分析排除，才能更好地解决现场出现的各种故障和难题。

[1] 黄希贤，曹占友.泵操作与维修技术问答[M].北京：中国石化出版社，2005.

[2] 姚玉英、陈常贵.化工原理[M].天津：天津大学出版社，2003.

[3] GB 150-1998，钢制压力容器[S].

[4] GB/T 7782-1996，计量泵[S].