往复式高压注水泵故障分析及解决措施

黎晓勇

（新疆独山子石化公司设备检修公司炼油钳工车间，新疆独山子 833699）

0 引言

馏分油加氢裂化装置往复柱塞式高压注水泵P-1002/B，是加氢裂化装置的心脏设备，其型号为3PP-7/16.5，流量7 m3/h，入口压力0.3 MPa，排出压力16.5 MPa，柱塞直径53 mm，行程73 mm，往复次数267，电机功率45 kW；该泵由动力端、液力端、电气控制及附件组成。高压注水泵是由联轴器将电机动力传递给减速箱两对齿轮轴及泵体曲轴相位差120°的3等分曲拐，曲轴旋转时，连杆做往复运动，带动3个柱塞以120°相位差做往复运动（图1）。液力端有3个阀室，每个阀室有一组阀（1个吸入阀和1个排出阀），该泵输出压力高达165 kg，为了系统安全可靠，出口端设有安全阀（压力调至额定压力的1.1倍）。P-1002注水泵的作用主要是稀释介质中的氨盐和利用高压水冲洗结晶，防止空冷风机上的管束内壁结晶堵塞。

1 原因分析

该机泵主要存在的问题是出口流量波动大，管线脉冲式振动以及柱塞磨损。2005年，由于泵P-1002流量波动大、管线脉冲式振动，造成该泵频繁停泵检修，拆修时发现入口阀芯、排出阀芯三爪导向面上有摩擦痕迹，在装配时，阀芯做上下自由起落时有卡涩现象，甚至有阀芯卡在阀座内的现象，可以断定这种现象就是导致前两种故障的主要原因。现场测量：阀芯的三爪导向面与阀座内径间隙在（0.06～0.1）mm（图2），阀芯的升程起落高度在（4～5）mm，弹簧安装时的预压力为（1～2）kg，如图3所示，其中，d为弹簧钢丝直径。弹簧工作压缩过程中长度尺寸变化范围是（23～28）mm。

1.1 校核弹簧是否满足工作要求

式中P——弹簧工作压力

p——每圈压缩时弹簧的力，查表为2.30 MPa

h——弹簧自由高度，测量为38 mm

H——为工作状态下弹簧的总压缩量，6 mm

通过上式计算可知，P=2.30×6/38=0.363 MPa=3.6 kg。弹簧实测工作压力为P=（1～2）kg，与计算值相差较大。说明弹簧力过小，造成阀芯闭合不及时，高压介质回流，引起流量波动大、管线脉冲式振动，造成这一现象只有在入口阀处产生。另一方面由于排出阀三爪导向间隙太小，阀芯卡在阀体内，高压注水泵工作时，排出阀在排出的高压介质的压力（165 kg）作用下，排出阀不能及时关闭，使部分介质产生内漏，导致出口流量波动大。

图2 阀结构及间隙

图3 弹簧工作状态

入口管线脉冲式振动是由于吸入阀三爪导向间隙太小和弹簧的弹力小造成的。工作时吸入阀阀芯卡住，不能及时关闭，使高压水迅速由吸入阀倒回入口管线，由于水是不能被压缩的，所以造成液击冲击管线，产生强烈的振动和噪声，直接影响该泵的正常工作，工作示意图如图4所示，其中，F为冲击力。

图4 阀工作状态

1.2 阀芯的受力分析（图5）

阀体在工作时主要承受2种力：弹簧压力P，（1～2）kg和F（介质压力，入口约为3 kg，出口为165 kg），合适的弹簧压力可以解决阀体在工作中的稳定性。

图5 阀体工作时的受力

1.3 柱塞磨损分析（图6）

现场检修中发现，柱塞与铜套配合间隙只有0.1 mm，由于间隙过小，导致该泵在工作中拉毛柱塞表面，从而造成填料频繁泄漏超标。

图6 柱塞磨损分析

2 解决措施

（1）调整间隙（图7）。适当放大阀体三爪导向面与阀体配合面的间隙，间隙调整为（0.2～0.3）mm，可以避免阀体卡住故障，保证导向良好。

图7 改进后阀组配合间隙

（2）调整弹簧力（图8）。适当增大弹簧的弹力，可以解决阀体在工作中的稳定性和避免阀体延迟关闭，防止水由高压向低压处泄漏，而造成液压冲击的故障，保证该泵正常运行。根据现场工作压力，选择钢丝直径为3 mm的弹簧，以增加弹簧工作力。

图8 改进后弹簧状态

（3）增大柱塞与铜套配合尺寸（图9）。适当增大柱塞与铜套配合尺寸，可以避免柱塞与铜套在工作中的摩擦，保证了柱塞表面的光洁度，从而延长填料的使用寿命。

图9 调整柱塞与铜套配合尺寸

3 结论

（1）高压注水泵在化工工艺运用中，出现脉冲式管路振动问题，可以判定入口阀的闭合不严或阀芯卡涩造成。

（2）在高压注水泵入口阀芯弹簧力的选择上，应参考实际操作中的入口压力。

（3）在柱塞与铜套的配合尺寸控制上，应根据设备运行实际情况而定。

上述措施实施后，消除了馏分油加氢裂化装置往复柱塞式高压注水泵P-1002/B管路振动及填料泄漏问题，提高了该泵的运行周期。