半贫液泵轴振动分析及处理

2019-06-03 06:04:22傅建新
中国设备工程 2019年9期
关键词:贫液汽蚀脱碳

傅建新

(上海石化工业学校,上海 201812)

上海石化某化工厂脱碳系统工艺流程中的贫液泵和半贫液泵是主要设备。半贫液泵主要是把从CO2再生塔中部出来的半贫液溶液,经过加压后送入CO2吸收塔中部,用以吸收工艺气体中的CO2;半贫液泵是脱碳系统合成装置的关键机泵,该泵运行的好坏直接影响到脱碳系统乃至整个装置的长、稳、安、满、优运行。由于工艺流程、操作方法和设备的检修质量等多方面原因,装置中的半贫液泵经常会出现振动异常、烧坏轴承、抱轴及零部件损坏等事故,给企业造成很大的经济损失。图1为半贫液泵装配图。

图1 半贫液泵装配图

1 半贫液泵结构概述

本装置的半贫液泵采用的是单级双吸中开式离心泵,介质为本菲尔溶液,介质工作温度85℃,工作转速为2950r/min,两侧均为滚动轴承支承;固定端为向心轴承,轴承端盖处垫有0.1mm的纸质垫片,这是为受热膨胀留有的间隙;泵轴的膨胀端(自由端)在联轴器侧。泵与电动机的联接方式为刚性凸缘联轴器,这种联轴器对中要求较高:轴向角度偏差≤0.02mm,径向跳动≤0.05mm,泵轴两端的轴承跨距为1000mm,泵的结构参照图1。

2 半贫液泵产生振动的原因

设备运行中半贫液泵的异常振动会引起设备损坏和生产效率的降低,分析产生振动的原因一般包括以下两个方面。

2.1 工艺方面

该泵工作介质是来自二氧化碳再生塔的半贫液,入口压力为0.3MPa。而在塔内存在有150~200mm厚的CO2气泡层,当生产波动时,将会有少量的气泡随溶液带入泵内,导致泵发生汽蚀现象,造成泵轴的异常振动。这种现象会经常发生,当由于汽蚀产生异常振动时,这时测量泵两端的轴承,振动值由正常值0.02mm上升到0.05~0.1mm。

2.2 装配质量方面

机泵运行的好坏不但与工艺流程、工艺操作有直接的关系,而且与设备检修及装配质量的优劣有很大关系。装配质量与生产维修人员的技术素质、工作态度和责任心等有较大的关系。例如:联轴器对中质量、转子的平衡精度、各部件的配合精度和各部件间隙的严格控制,各项指标的执行超差是产生轴振动的主要因素。对应上面两个引起振动的考虑方向,一般在该泵的装配调试和检修中,从以下八个因素进行排查和调整:(1)轴的刚度不足,泵轴弯曲造成振动;(2)基础地脚螺栓松动,导致振动;(3)联轴器对中不良导致振动;(4)泵自身因素引起振动(如汽蚀、叶轮密封环间隙过大等);(5)轴承磨损,使轴向窜动过大引起振动;(6)润滑不良引发振动;(7)管道及其安装固定刚度不够导致振动;(8)离心泵叶轮质量偏心引起振动。

3 半贫液泵异常振动分析

该厂脱碳系统的半贫液泵在生产过程中出现噪声增大,振动明显。进行检测和分析,根据以前该厂设备检修经验,在以下几个方面进行排查。

3.1 汽蚀排查

半贫液泵经过检修后,各部分的间隙、配合、以及对中均符合技术要求,但试车时泵启动两分钟后,泵轴就发生异常振动,噪声较大。按以前经验,先进行排气发现效果不明显,然后持续加大负荷,正常情况下振动应该下降,但是现场情况是振动不但没有下降,反而上升,噪声也增大。根据以往检修经验判断,因工艺发生汽蚀现象的可能性较小,应该是其他因素造成该泵的异常振动。

3.2 质量不平衡及对中不良排查

状态检测发现固定端轴承温度比自由端高10℃,而且有上升趋势,这说明该轴承承受的交变应力是很大的。泵停车检测联轴器的轴向角度偏差为0.02mm,径向跳动为0.05mm,符合对中要求;打开泵盖检查叶轮与轴的同轴度符合装配要求(泵壳上无明显摩擦痕迹),转子和定子的零部件也没发现松动或脱落,由此可以排除该泵叶轮质量不平衡,泵轴弯曲和对中不良引起的振动。

3.3 其他方面检查

拆下固定端的轴承端盖,发现该轴承端盖端面有磨损痕迹,轴承外圈有轴向凸起现象(这表明为热膨胀预留的0.1mm的间隙没有了),经检测轴承外圈向外凸起0.54mm,这表明轴的膨胀没有向自由端延伸,轴向胀力全部由固定端轴承承担,导致轴的膨胀受阻。

理论推算如下:

两轴承支点跨距:L=1000mm;

钢的热膨胀系数:i=1.1×10-5(由查资料所得);

环境温度:t0=25℃;

介质温度:t=85℃;

温差:Δt=t-t0=85℃-25℃=60℃;

则转子的热膨胀量:

ΔL=L×i×Δt=1000×1.1×10-5×60=0.66mm。

那么:0.66=0.56+0.1(mm),基本符合复查时的测量结果(轴承外圈轴向凸起0.54mm),通过推算进一步验证轴的膨胀全部窜到固定端。

3.4 自由端检查

从自由端结构可以看出,联轴器是刚性结构,膨胀处在轴与联轴器孔的配合处,该处的配合为间隙配合;键的垂直方向上有一个紧定螺钉(如图2所示),该紧定螺钉只是防止键松动和消除键与联轴器的径向间隙而设,并不起固定或紧固作用,只要轻轻将键顶住即可,不需要很大的径向力。但检查发现,该紧定螺钉是拧紧的,这就使得轴与联轴器构成了一个整体,致使为膨胀设置的自由端不自由,轴的热膨胀量无处延伸,轴受过大轴向力挤压导致轴承受力超载,致使轴承变形,并且导致泵发生异常振动。

4 振动故障的处理

根据上述分析,造成泵异常振动的主要原因是这个紧定螺钉,为了防止今后出现类似的误操作,决定对这种结构进行改造,为了保证在工作状态下轴与联轴器能相对轴向移动,须做一个膨胀补偿结构(如图3所示)。在平键上相对于紧定螺钉的位置上钻一个直径为φ9mm,深度为2mm的平底孔(紧顶螺钉为M8),这样使螺钉与φ9mm孔之间有少量间隙,装配时将螺钉顶靠在键上,这样既可保证泵轴膨胀的自由伸缩,也能保证键不会松动。经改造后试车,泵的振动明显减小,检测轴承的振动值降为0.02mm,该泵恢复正常运转。

图2 改进前的联轴器结构图

图3 改进后的联轴器结构图

5 结语

在实际生产中,脱碳系统运行情况比较复杂,需要检修人员具有较好的理论基础和实际检修经验,根据离心泵的结构和运行原理,结合本企业生产工艺的情况,进行分析。在排除一般原因之后,需要在观察异常情况之后,进行结构、装配、工艺、零件损坏等多方面的排查,对应情况进行维修和更换。并且设备的维护需要做到在额定工况运行下的定期检查和维保,保证生产的顺利运行。

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