海水泵导轴承支架断裂原因分析及改进措施

黄沧沧

（中海浙江宁波液化天然气有限公司，浙江宁波 315800）

0 引言

LNG 作为一种低温液体，温度达到-165 ℃，气化后的天然气属于易燃易爆甲A 类火灾危险气体。LNG 接收站是储存LNG并往外输送天然气的场所，LNG 通过升温升压后进入天然气管网输送至用户实现LNG 气态外输[1]。海水泵是LNG 接收站的关键设备，为LNG 的气化外输提供海水进行换热。

浙江LNG 接收站5 台海水泵选用的是日本荏原（EBARA）设计制造的立式单级泵，设计流量为7550 m3/h，设计压力为0.346 MPa。在近3 年运行期间海水泵陆续出现类似金属撞击的声音异响，振动值较以往有增大的趋势，因此逐台进行拆解检查。通过拆解发现泵筒导轴承支架出现不同程度的断裂（多见于上部泵筒和中部泵筒）（图1），吸入口滤网堵塞损坏严重（图2），运行过程中出现金属件的撞击摩擦并产生异响。针对海水泵导轴承支架断裂的故障原因进行分析，并制定相应的改进措施，从而确保海水泵运行的可靠性。

1 海水泵结构及过滤系统简介

海水泵安装在海水泵房装有混凝土隔板的一个“流道”内，以限制低涡的形成。该泵为立式、长轴、导叶式、混流泵，主要部件包括滤网、吸入段、叶轮、泵筒、泵轴、导轴承、出口弯管及传动部件。泵轴分为5 段，通过联轴节连接安装在泵筒部件的导轴承内。每个泵筒与导轴承部件通过四段支撑筋（支架）对焊而成，保证泵轴、导轴承及泵筒三者的同心度，确保长轴泵的平稳运行。由于介质为海水且长期安装在海水取水池中，海水泵过流部件均采用UNS S32750 超级双相不锈钢材质。

图1 导轴承支架断裂情况

图2 吸入口滤网

海水自取水口明渠引入，经过一道粗钢格栅过滤后进入取水口前池。在海水泵进水流道上游设置倾斜式拦污栅及ZD 型移动式抓斗清污机，对较大的垃圾杂物进行二次过滤。下游设置XKC-2500 型旋转滤网通过网板的旋转及反冲洗进行三次过滤，将绝大部分垃圾杂物隔绝在外。整套海水过滤系统可防止泵池发生快速沉积，并防止大颗粒物质可能对泵造成的损害。

2 故障检查情况

对海水泵进行拆卸检查（以C 泵为分析对象），发现有大量的垃圾杂物堵塞在吸入口滤网处，滤网变形损坏严重，可见上游的海水过滤系统未能有效地进行隔绝。塑料类、纱布类垃圾易进入海水泵泵体并缠绕在泵体部件上，运行过程中与泵转动部件进行摩擦，造成泵轴、轴套、填料轴套等部件的磨损。

对泵筒部件进行检查，发现中部泵筒导轴承支架一侧焊缝热影响区位置发生断裂，通过对导轴承内径、泵筒法兰止口直径、轴承座到法兰止口的距离进行测量对比，发现泵筒止口变椭圆，泵筒止口和导轴承止口同心度偏差较大。如若继续使用，则会造成导轴承失效，泵轴被甩弯，叶轮转动不平衡，转动时会产生强烈振动，最终造成泵性能下降，泵零部件损坏等严重后果。同时，委托海水泵制造厂日本荏原公司对支架断裂部位通过显微镜进行分析，断口截面处可观察到明显的疲劳破坏形态。

3 故障原因分析

根据海水泵拆解检查情况，对造成海水泵导轴承支架断裂的原因进行综合分析，整套海水过滤系统未能达到预期的过滤效果，导致仍有大量漂浮垃圾及悬浮垃圾从外海进入取水口前池及泵池。在海水泵抽吸过程中，大量淤泥及垃圾堵塞吸入口滤网，导致滤网处过水量小，造成滤网变形损坏。海水泵入口流量不稳定引起泵体振动加剧，在疲劳应力的作用下，引起导轴承支架断裂[3]。

（1）设备因素。海水泵导轴承支架设计欠优。支架与泵筒、支架与导轴承均为焊接形式连接，为确保泵筒与导轴承的同心度，要求较高的焊接工艺技术要求，同时不可避免在焊缝热影响区位置存在焊接残余应力的风险。海水泵振动过大，导致在导轴承支架薄弱处产生应力疲劳断裂。海水泵滤网骨架选用的是直径12 mm 的不锈钢空心管，未综合考虑当地海水环境中含大量的泥沙及一定数量的垃圾，设计强度不足，从而导致滤网堵塞后易破损，骨架钢管断裂。

（2）环境因素。LNG 接收站位于宁波北仑近海区，淤泥沉积量大，漂浮垃圾数量较多。海水通过取水口明渠进入到前池及泵池，明渠过滤格栅设计不合理，其网格最小规格为1075 mm×208 mm，海面漂浮过来的绝大部分垃圾杂物均能进入，无法起到隔离过滤的作用。同时，旋转滤网运行一段时间后，橡胶密封挡条产生磨损，密封间隙增大，过滤精度降低，且海水中泥沙将部分喷嘴堵塞，反冲洗水量不足，导致部分垃圾经旋转滤网过滤后堆积在排出口继而掉入泵池，造成一定数量的垃圾杂物仍可进入泵池。

4 改进措施

对海水泵导轴承支架进行结构优化改造，导轴承支架为铸造结构，材质为超级双相不锈钢（UNS S32750）。支架由法兰盘、支撑筋、导轴承座构成，法兰盘用于与泵筒（外管）连接，支撑筋用于连接法兰盘和导轴承座，厚度比改造前大，支撑端斜度连接，接触面积增大，能承受更大的应力，泵筒和导轴承支架之间采用螺栓连接，中间加垫块，防止泵筒因壁厚太小产生变形，安全可靠性高。挡流板是由3 mm 厚的钢板制作的锥形环，可引导海水在导轴承支架处平缓通过。通过将海水泵振动产生的应力分散到法兰盘螺栓处，从而避免焊缝热影响区部位发生疲劳断裂[2]。该项设计已获得实用新型专利证书《一种海水泵外管导轴承支架结构》。导轴承支架结构如图3 所示。

对吸入口滤网进行测绘并重新设计，在确保不影响海水吸入量的前提下，采用强度较高的不锈钢钢板作为底面及环向的骨架（替代原设计中直径12 mm 的不锈钢空心管），网格钢筋相应加大，滤网承受能力大大增强。

图3 导轴承支架结构

为改善并提高海水过滤系统的效能，在取水口明渠原钢格栅（格栅格子最小规格为1075 mm×208 mm）基础上安装小规格的玻璃钢格栅板（网格最小规格为5 mm ×5 mm），从而将绝大部分垃圾杂物过滤在外，减少进入前池的垃圾数量。同时，对旋转滤网进行修复改造，更换安装橡胶密封挡条，保证密封间隙；对反冲洗喷嘴进行疏通或更换，并安装水密窗，对垃圾过滤冲洗情况进行监控，从而确保整个过滤系统的有效投用。

5 结束语

通过对海水泵导轴承支架断裂故障的原因分析，及时采取相应的改进措施。对海水泵导轴承支架及吸入口滤网进行结构优化改造，加强设备结构强度，彻底解决因设备振动引起导轴承支架疲劳断裂的问题，同时对取水口明渠钢格栅及旋转滤网进行修复改造，提高海水过滤系统的效能，减少进入前池及泵池的垃圾数量，从而提高海水泵设备运行的可靠性。今后，在海水泵前期设计过程中应综合考虑设备结构及环境因素的影响，及早采取防范措施，从而确保海水泵设备的可靠投用。