输油泵轴承频繁高温原因分析与对策研究

张茂佶

（大庆油田海塔指挥部19作业区，黑龙江大庆 163500）

输油泵轴承频繁高温原因分析与对策研究

张茂佶

（大庆油田海塔指挥部19作业区，黑龙江大庆 163500）

通过对某输油站输油主泵频繁出现非驱端轴承超温过热导致的停泵问题进行分析，指出故障表象是非驱端轴温逐渐升高并超标，而故障实质是主泵级间迷宫平衡套被通过平衡孔的夹带杂质的高压油流产生频繁抛丸冲蚀，导致轴向力逐渐不平衡，最终推力轴承不能平衡多余的轴向力；指出工艺管道布置方式是影响该输油站输油泵故障率的原因。基于这些因素，提出改进措施：在运行管理环节应采取调整进站过滤器滤网目数、缩短过滤清理周期、加强对重点管段的清管工作等措施；在站场工艺环节，应增加新型高效强磁除锈装置的技术改造。实际应用结果表明：上述措施可有效控制进入输油主泵的杂质量，从而保护主泵内部构件，特别是级间迷宫平衡套，有效地保证了输油主泵长周期运行。

输油泵 超温 原因分析 对策

1 输油泵故障原因

输油泵为两端滚动轴承支承，轴承采用油环自润滑，自然冷却方式，采用十二级泵拆级而成的十一级泵结构型式，泵壳采用双蜗壳结构，采用10个叶轮背对背对称布置平衡，第十一级叶轮采用口环+平衡孔方式平衡轴向力，在十一级叶轮与五级叶轮之间布置级间螺旋密封平衡套平衡此处高压区与低压区之间轴向力。该螺旋密封主要由带有右旋螺纹的级间套和配套的级间环组成，当级间套与轴旋转时，流体摩擦力作用在螺旋槽内液体上，使之产生轴向反压，其值与腔体内压力相等，就此消除液体外漏达到密封。当螺旋密封上螺纹被逐渐冲蚀磨损到一定程度时，密封失效。

1.1 超温故障的共性问题

（1）叶轮腔室存在大量杂质，主要为大量锈蚀物及少许油泥。（2）泵内部件存在严重磨损，五级叶轮出口叶轮口环被冲刷出多条深沟槽，对应叶轮有多处凹坑；五级与十一级叶轮之间的级间迷宫密封有多条较深沟槽，级间迷宫密封失效；其余叶轮泵体口环与叶轮口环均磨损冲刷严重。（3）出现故障前均出现主泵电流在非驱端轴承温度快速上升时有明显下降的情况。

1.2 故障原因分析

经过多次解体检修，均发现泵腔内存在大量的杂质，级间螺旋密封平衡套被流体中杂质严重冲蚀，最终被击穿。平衡套位于泵第十一级与第五级之间，属迷宫式结构。迷宫套在相对旋转时起轴向平衡作用，补油压力约为10MPa。油流方向正对内外套中间，由于压力高，加之液体中存在细小而硬质的颗粒状杂质，产生类喷丸现象，久而久之，高速度颗粒状杂质将平衡套击穿，使得平衡套失去功效，此处泵的轴向不平衡力完全作用于止推轴承，导致非驱端止推轴承超温。由此确定输油泵故障的根本原因为油品中的杂质（特别是细小而硬质的颗粒状机械类杂质）较多，对级间套频繁发生类抛丸冲蚀。

1.3 管道杂质成分

成品油管道中杂质主要来源于两个方面：施工时，在管道中留下的焊渣、泥沙等机械杂质；管道内腐蚀产物。对该输油站杂质沉积物进行采样分析，沉积物以无机组分为主，占沉积物总量的90%。

对每次机泵解体后的杂质采样并进行分析和检测，有机组分主要为分子量较大的直链饱和烃，与成品油成分一致；无机组分主要物质为钢管腐蚀形成的含铁物质，并含有少量的锰镍及可溶性钙镁组分。对部分样品进行X-射线荧光光谱分析，管道油品中杂质主要由铁锈和油泥组成。在干燥空气中，室温下，碳钢管道会在钢表面上生成一层氧化膜，可有效抑制管材内部的氧化反应。若大气中有水气存在，水膜会附在钢材表面上，空气中若存在二氧化碳、硫化氢等物质，管材表面的水膜变成弱酸，加剧钢材表面腐蚀。通过钢管内壁浮锈生成试验，确定管道中杂质为管道施工过程中遗留的泥沙和管道内表面的浮锈。

综上所述，输油泵的故障应为油品中的大量杂质（钢管内壁浮锈）对级间套频繁类抛丸冲蚀所致。

2 解决对策

提升级间衬套口环与配套第五级叶轮口环对应侧材质，硬度由170～210HB调整到220～240HB，增强耐冲蚀能力。调整过滤器网目数，加强对杂质的过滤与收集，将过滤器网由20目调整为30目，管道运行过程中，根据过滤器堵塞的使用情况，在20目与30目之间进行切换。沿线输油泵站增加新型强磁除锈装置，将其安装在收球筒内，进一步加强对油中机械杂质的分离效果。根据过滤器的堵塞情况，有针对性地进行清管作业，对堵塞较频繁、杂质较多的管段，进一步加强清管作业。输油泵沿油流方向一字排列。管道运行过程中，管内杂质并非均匀分布，而是呈间断性小丘状分布。根据液固输送特点，每次启输或调整工况时，管内大量杂质被油头积极扰动后，随油流大量引入母管。杂质堆积沿油流方向逐渐增多，特别是末端为盲端，积累堆积最多，并且受油流扰动激荡最严重。

另外，在启输工况稳定后，系统内杂质在管内将随工况稳定而慢慢沉淀，杂质夹带量将会大幅减少，并且根据液固输送特点，油流会产生清混分层。当并联运行时（输油站主要为双泵并联运行），运行组合若为多台输油泵组合运行时，排列在前的机泵首先吸入较多清流层。按照油流走向，油流切向进入泵入口垂直直管段（作用近似于旋液分离器），油流中杂质切向分离，受重力作用落入母管中，随惯性冲入后续管道，同时该布置方式也会对后续管路油流产生扰动，导致管内下层杂质激起，随油流进入后续机泵。因此，在运行时，进入尾泵的杂质最少，首泵最多。

3 结论与认识

随着市场需求的不断扩大，在输油管道运行管理、设备管理等方面还将面临新的挑战，仍需加强管输油品中杂质的控制力度。

（1）该输油站地处管道海拔最低点，在已有站场布置的基础上无法增加杂质收集装置。建议在泵进口汇管终端或汇管底部加装杂质收集装置，收集细小而硬质的颗粒状杂质，根据杂质收集状况，定期清理，最大限度减少杂质进入泵体内，解决盲端问题。

（2）充分利用该输油站附近成品油储备库库容资源，优化输油流程。上游油品先进入成品油储备库进行杂质自然沉降后，再输入该输油站，储备库成品油罐可定期进行切换，以满足沉降周期和输油生产要求。

（3）建议加强钢管在投用前的防腐保护，如注入氮气等保护气体，减少自然腐蚀；加强钢管的储存、运输管理；施工过程中，注意封口保护，做好钢管的防腐及焊接后的清理工作等。

［1］夏长友，刘志.小机泵（阀）密封装置的维修与泄漏控制［J］.大庆石油学院学报，1997年02期.

［2］苏庆华，许金海，刘峰.闸阀密封结构改进［J］，阀门.2011年03期.

［3］吴沁，王荣，杨建军，包磊，王永恒.高温重油泵机械密封端面热失效分析及解决方案［J］.甘肃科学学报，2007年.