屏蔽泵在烷基化装置中的应用及优化运行措施

刘 园 ， 严冠豪 ， 郑明科 ， 郭 云

(中国石化 洛阳分公司 ， 河南 洛阳 471012)

0 前言

随着国家对安全环保的要求越来越高，屏蔽泵作为一种无泄漏泵，在炼油化工装置的应用会越来越多。屏蔽泵是离心泵和三相交流电机的结合体，是一种无密封泵。相比普通离心泵，屏蔽泵去除了旋转轴密封装置，也不需要添加润滑液，非常适合输送易燃、易爆、有毒、有害、易挥发和贵重的液体。以下结合洛阳石化烷基化装置屏蔽泵使用状况，和大家探讨及分析优化屏蔽泵的运行状况。

1 屏蔽泵的结构原理及性能特点

1.1 结构原理

屏蔽泵和离心泵的工作原理相似，不同之处在于电机转子和叶轮在一根轴上固定，并使用屏蔽套将电机定子与转子隔开。最大特点是可将泵内的介质与外界相隔开，泵外部采用静密封。其中定子和转子屏蔽套经密封焊接后，电机铁芯、绕组不接触介质，例如液态烃、酸等；而且轴承能够依靠泵内介质实现润滑效果。基本型屏蔽泵的结构简图见图1。

1.2 性能特点

屏蔽泵的优点：①无动密封可以实现无泄漏状态，可以用来输送易燃易爆、有毒有害、强腐蚀性液体；②正常负压状态下，不会从外界吸入空气，满足真空运行系统；③无需从外界加入润滑液，在自润滑体系下，摩擦系数显著减小，且不需要冷却风扇，运行噪音小；④结构紧凑，体积小。

屏蔽泵缺点：①使用滑动轴承，不适宜输送固体颗粒多、自润滑性能差的液体；②相比于普通离心泵效率偏低；③在小流量状态下运行，很短时间内轴承就会损坏；④轴承在壳体内部，难以发现磨损情况；⑤电机和泵一体在密封容器内，转向无法直观判断；⑥电机屏蔽套价格贵且受介质温度影响大。

2 洛阳石化烷基化装置屏蔽泵应用现状

洛阳石化20万t/a烷基化装置共使用安徽合肥新沪厂家16个位号，32台屏蔽泵，其中输送液态烃10台(P-102A/B、P-204A/B、P-305A/B、P-306A/B和P-307A/B)；输送酸的有10台(P-207A/B、P-301A/B、P-308A/B、P-315A/B和P-316A/B)；输送酸/烃混合物的有2台(P-203A/B)；输送碱的有8台(P-302A/B、P-310A/B、P-317A/B、P-318A/B)；输送废油(或废酸)的有2台(P-309A/B)。共配有6种不同型式结构的泵，其中SV型18台(基本型，如P-301等泵)；ST型2台(如P-307带副叶轮、外置冷却器，副叶轮在后端)；SF型2台(如P-207，带副叶片、外冲洗、外置冷却器，副叶轮在前端)；SN型4台(逆向循环型屏蔽泵，如P-102等)；SN-M型2台(多级、卧式，如P-203)；HW-M型4台 (多级、立式, 如 p-204)。

新沪屏蔽泵运行优势主要有：①带有轴承监测仪表，轴位移检测及轴承径向磨损检测，对滑动轴承及推力盘的故障，能够第一时间发现；②带有电机转向监测，能够直观反映电机转向。

3 屏蔽泵在装置运行过程中典型故障

①装置开工初期，水联运单试机泵时输送液态烃的5个位号(P-102A/B、P-204A/B、P-305A/B、P-306A/B和P-307A/B)，10台屏蔽泵由于设计时输送介质相对密度偏小，无法进行试运(用水试电机电流，在小流量时已经超过额定)。因为水联运无法进行单机试运，留到装置开工时运行，风险较大。洛阳石化烷基化装置开工时，出问题最多的也是这几台输送液态烃屏蔽泵。

②屏蔽泵故障时具有突发性，难以做到预防。从泵的结构上来看，运行时若前后端滑动轴承及推力盘得不到有效润滑，将很快损坏。表现在轴位移监测显示值超过报警值，打开壳体检查发现轴承碎裂。要求此屏蔽泵开车时需要操作工在现场跟踪运行状况，开工初期管道内杂质太多，也易造成泵前过滤器堵塞，泵抽空。这时需要及时停泵，不然在很短时间内屏蔽泵滑动轴承将损坏，甚至造成叶轮、屏蔽套磨损，对维修造成很大不便。

③运行区间窄。厂家要求此屏蔽泵实际运行区间为70%～100%的正常流量，而大多数泵要求的允许工作区在30%～120%，优先工作区在70%～100%。开工时为达到屏蔽泵的运行区间，部分设置了最小流量线，就是从出口引一部分介质回流至入口，以达到70%以上区间运行，这就造成了泵效率降低，浪费了部分能量来适应泵的运行。

④维修难度高。例如烷基化装置P204A开工初期出现电机定子与转子屏蔽套磨损的情况，现场无维修条件及手段，必须返厂进行维修，用时较长。并且装置开工单泵运行，风险高，B泵若出现问题装置就必须停工。

⑤新沪屏蔽泵轴位移监测故障率高。轴位移监测是监护泵运行的关键仪表，运行过程中烷基化装置中曾出现4台次轴位移监测故障，其中P305A运行过程中轴位移监测数据从2.32突变为-5.42，超过报警值±3.74，但是泵的运行状态没有变化，电流、流量出口压力都正常，初步怀疑轴位移监测的探头脱落，造成此后果。从其余几台故障位拆解来看，轴上探头安装过于简单，采用键连接用顶丝固定的模式，振动大极易松脱，引起轴位移监测不准，对泵运行状态造成误判。

⑥有3个位号(P102、P203、P207)屏蔽泵设计存在问题，开工前进行了处理，P102在兄弟单位出现轴位移监测显示值由正值到负值往复变化，显示轴在往复窜动，窜动幅度：-1.8～+3.5 mm。解体发现泵端推力盘表面呈热崩状态，后端推力轴承磨损裂。初步判断后盖板力太大，后来要求厂家复核计算发现叶轮平衡孔偏小，扩大平衡孔处理。P203滑动轴承以及辅轴承材质由SiC改为PEK材质，耐磨性能增加。P207增加外冲洗计量泵，轴承材质由SiC改为石墨材质，保证滑动轴承的润滑性能。

4 屏蔽泵优化运行措施

①启动前准备工作做好。屏蔽泵运行前必须灌泵、排气，让泵内充满液体介质和管路排气后，方可启泵运行。如果管路和泵内部没有充满液体时运转，就会加剧轴承磨损。SV型泵灌泵和离心泵基本相同，SN/HW型泵后端逆循环阀打开，ST高温分离型泵换热器需要排气，对于SF型泵(P207AB)则需要先把外冲洗计量泵开启后方可运行。这几种泵都需要通电后启动泵5 s观察电机转向指示是否在绿区，判定正反转后才可正常运行。

②严格控制电流、流量参数。结合屏蔽泵的设计数值，计算出最低流量值，要求在70%以上流量运行。按照出厂说明书要求，在正常流量30%～110%允许工作区应该能长周期运行，但实际运行过程中要求在70%～100%优先工作区运行，低于70%运行极易造成轴向力不平衡，滑动轴承和推力盘因未形成有效润滑膜而出现磨损，表现在轴位移监测上就是数值变化快且范围大。高于100%运行会造成过电机过电流跳停。启动屏蔽泵初期，最小流量线应及时调整，保证在优先工作区运行。

③规范操作流程。要安排专业人员对屏蔽泵的运行情况进行监控，泵运行初期有必要安排专人监护屏蔽泵的运行，一旦发现屏蔽泵出口压力变化较大，轴位移变化大或者超过报警值，要及时停泵，避免抽空现象发生。此外对于SN/HW型泵要检查逆循环线温度，记录温度变化情况，若温度变化明显，要及时检查防止堵塞情况发生，保证泵内热量能够顺利带走。

④装置开工初期要经常切换备用泵运行，及时清理泵前过滤器，保证入口管线的通畅。正常运行后，比较离心泵切换，屏蔽泵的切换建议频率小点。由于启动期间，屏蔽泵要达到正常运行状态需要一段时间，这段时间内各部件产生的摩擦较大，SiC及石墨滑动轴承较滚动轴承耐冲击性差。频繁启动会缩短屏蔽泵的使用寿命。

⑤屏蔽泵的日常维护相比较离心泵的有所区别。由于屏蔽泵采用滑动轴承且轴承外有厚厚的外壳包裹，检测轴承振动值、温度意义不大。对于屏蔽泵日常需检查轴位移监测表显示值、轴承径向磨损显示、电机内部泄漏监测、逆循环线温度、电机冷却水运行状况以及关注出口压力变化，如果发现非绿区或者异常状况运行应及时停泵检查。中控室需对屏蔽泵的电流及流量进行监控。

5 结语

屏蔽泵在烷基化装置的应用符合国家安全环保无泄漏的要求，对于操作人员涉酸泵采用屏蔽泵更安全。但屏蔽泵对于介质和操作有较高的要求，在洛阳石化烷基化装置屏蔽泵的使用有一定可借鉴性。输送相对密度较大的泵(酸泵)，如果介质变化小且入口较稳定的情况，屏蔽泵运行工况很好。输送相对密度小的泵(烃泵)目前看来开工初期故障较多，建议烃泵开工初期采用离心泵，运行正常后切换至屏蔽泵。