流量、温度及轴承质量对屏蔽泵的影响

马淑芝

（大庆油田天然气分公司油气加工六大队，黑龙江大庆 163000）

1 故障及检查情况

塔底型号CAM3/5+6，泵排量10.36 m3/h，扬程316 m。2006年11 月投产使用，12 月28 日17：00，泵运行过程中自动停泵，到现场检查，未发现异常，对配电系统及电机进行检查，发现泵保护跳车，电机绝缘归零，泵无法运行，初步判断电机线圈烧损。至发生故障为止，泵累计运行684 h。针对泵在投用很短的时间内就发生故障的现象，从以下几方面影响因素进行了调查分析，并逐一确认。

（1）泵十一级叶轮出口侧磨损严重，高压段轴承固定部件损坏（转动部件未损坏），推力盘损坏，而低压段轴承、推力盘并没损坏。

（2）由于塔釜液位有低报警，泵出口有调节阀控制塔液位，泵不会出现塔液位低，泵抽空现象。泵出口有一手动阀进行回流调节，回流至塔釜泵入口侧，阀门全开，主要调节塔温，泵入口温度可以保证以设计范围内。

（3）T30 温度保护器在自动停泵前一直投用，厂家提供的T30 温度保护器，目前未进行过调整，泵首次安装试运为水运，由厂家技术人员到现场负责调试，但目前保护设定值经现场确认为80 ℃（厂家设定），远远超出泵运行工况条件要求。

（4）泵入口过滤器为60 目篮式过滤器，可以满足泵运行工作需要。检查入口过滤器未发现杂质，入口滤网未损坏。

（5）泵运行状态为连续运行，自2006 年11 月30 日运行至12 月28 日自动停泵。

（6）到现场检查泵发生故障近一段时间的相关记录报表，情况为：产轻量较以前没有变化，塔底温度（11～17）℃，塔液位50%，泵入口压力1.3 MPa，出口压力（2.8～3.0）MPa，均在正常操作范围内；电流保护设定值在现场可以查到，设定合理（电流保护值为56×1.2=67.2 A，泵额定电流为69 A）。

（7）现场检查发现极少量的焊渣和部件磨损碎屑。但是，焊渣不是主要影响因素。分析焊渣经过流道输送，可能到空心轴处有一定影响，但空心轴没有堵塞。

2 原因分析

2.1 温度及流量对泵的影响。

泵输送轻烃量偏低或入口温度过高后高温气化，T30 温度保护器设定值偏高，未起到保护作用，导致轴承炸裂，叶轮、泵段等部件出口侧磨损。

（1）从现场情况看，产烃量较前段时间没有变化，塔液位控制正常，泵参数正常。泵出口阀靠手动阀和压力自动控制阀调节，按每天产量平均来算，每小时产量2.5 t，流量相对较小，但泵回流有一部分量没有计量。为此，对泵极限工况（即当泵出口调节阀全关，泵回流全开条件）进行核算，是否满足泵最小流量需要，如果不能满足，则可能是二级产生汽化，造成泵故障发生（表1）。

表1 设计院提供给制造厂家设计数据

核实结果：经计算，塔底泵出口调节阀在全关的情况下，泵出口手动回流线DN25 能满足泵最小流量需要，不会汽化，设计流速为2.8 m/s，可以满足设计工况。经对泵入口温度的考核判断，泵入口温度可以满足设计要求。

（2）从厂家提供的设计数据情况（表2）看，出现问题。

表2 厂家提供技术数据

核实结果：用设计单位提供最小流量参数与厂家提供最小流量参数对比，发现厂家提供最小流量大于设计提供最小流量，有产生汽化的可能，不能满足设计工况。用设计单位提供设计温度参数与厂家提供设计温度参数对比，发现厂家提供温度范围小于设计提供温度范围，有产生汽化的可能，不能满足设计工况。

2.2 轴承质量的影响

碳化硅轴承特点：耐磨、耐高温、机械强度高、耐高温性能好、抗高温蠕变、摩擦系数小、导热系数高、热膨胀系数低，适用于密度低，抗气化介质。根据碳化硅的特点确定，轴承碎裂原因：①受到冲击力作用；②工作温度超过轴承所能承受温度；③由于不锈钢材料与碳化硅材料热膨胀系数不同，如果轴承与轴套、推力盘与轴承之间装配间隙不合适，可能造成轴承被挤裂。

由此分析：①由于泵为连续运行，不可能产生较大冲击力；②碳化硅轴承通常在工作温度为（-40～+250）℃不会发生轴承炸裂（厂家提供轴承最高承受温度为160 ℃，厂家T30 调温范围最高可以调至150 ℃）。由于轴承导热性能好，轴承与推力盘之间为碳化硅磨擦副，泵在保护值80 ℃又一直未动作，故判定泵腔内温度不会超过160 ℃，这种情况下，如果轴承质量合格不会发生轴承炸裂（轻烃在35 ℃下的饱和蒸汽压为1.3 MPa）。

2.3 电机定子本身质量的影响

定子在制作过程中，由于存在质量问题，导致泵运行中出现电机外壳体温度达到55 ℃左右，有可能对输送介质的温度产生影响，提高介质温度，导致介质汽化。

3 故障原因确认

（1）屏蔽泵正常磨损应是入口侧磨损（产生高压侧向低压侧的推力），目前是出口侧磨损严重，说明是由于轴向力小于平衡力造成。这种现象的产生，主要是由于厂家提供最小流量、入口温度参数与设计院提供最小流量、入口温度参数不匹配。导致泵在满足设计参数，偏离厂家制造参数的工况下，产生汽化，转子部件磨损，泵轴承损坏。

（2）由于电机运行中定子温度过高，导致泵内介质温度升高，加速汽化，导致泵十一级叶轮出口侧磨损严重，高压段轴承固定部件损坏，推力盘损坏，而低压段轴承、推力盘并没损坏。

4 泵的修复

泵故障原因确认后，制定了该泵的修复方案，主要内容如下。

（1）按设计参数对泵未损坏的转子部件，包括平衡盘径向和轴向间隙、平衡孔等部位进行改造。

（2）更换损坏部件。

（3）更换电机定子绕组，降低电机温升。

修复后，泵运行参数正常，已经运行近2 年，设备运行状况良好，达到了预期效果。