高压灰水泵故障案例分析

郑 军

(中国石化齐鲁分公司第二化肥厂，山东淄博 255400)

中国石化齐鲁分公司第二化肥厂煤气化装置中的重要机泵——高压灰水泵，采用沈阳水泵厂有限责任公司生产的多级离心泵,型号为HFDF200-115×7,2开1备。

自装置开车以来故障频发，笔者就3台高压灰水泵近年来出现的故障案例加以分析总结,以供参考。

1 机泵系统说明

1.1 工艺描述

水煤浆气化装置以煤和氧气为气化原料，采用美国GE公司水煤浆加压气化技术。水煤浆和氧气经德士古烧嘴充分混合雾化后进入气化炉的燃烧室，在6.5 MPa、约1 400℃条件下进行气化反应，生成以CO和H2为有效成分的粗合成气。高压灰水泵P1403-1/2/3是合成气冷却及碳黑洗涤工艺单元中的重要机泵，主要用来控制洗涤塔液位。

1.2 主要结构及技术性能

机组定子部分采用径向剖分节段式多级离心泵，主要由轴承、吸入段部件、中段、导叶、吐出段部件、托架等零件组成。

转子部分由泵轴、七级叶轮、平衡鼓等零件组成。整个转子是由两端的滑动轴承来支承，采用平衡鼓加止推轴承来平衡轴向力，轴承润滑采用油站强制润滑，机械密封。

高压灰水泵主要技术性能指标见表1。

表1 高压灰水泵技术性能指标

2 故障案例

2.1 跳车故障案例

12月18日12：30，高压灰水泵P1403-1突然跳车，总控发现后，现场检查盘不动车，电机无法启动，紧急启动备用泵P1403-3。经设备技术员检查后,决定更换备用泵头。12月19日17：00，更换完毕，试车备用，停开车历时28.5 h。

2.1.1 原因分析

事故泵拆卸大修时发现泵轴弯曲达0.11 mm，叶轮、壳体口环磨损严重。分析认为泵轴弯曲过大，以及动静部件摩擦造成负荷过载是此次跳车事故的主要原因。此前振动值长期运行在6～7 mm/s的报警状态，导致叶轮与导叶口环摩擦，泵轴受力弯曲[1]。同时，由于含料浆介质长期运行，造成入口管线堵塞，入口压力低，频繁抽空导致振动大。此外，还可能存在泵轴制造时热处理质量差、转子冲刷失衡等情况。

2.1.2 处理措施

严格控制备件质量，疏通堵塞管线；提高检修质量，及时更换冲刷严重的衬板、导叶、叶轮等零部件，并做好转子动平衡。要注意量能差异大的2台泵同时运行时的抢量问题。并联的2台泵同时运行，共用1个入口管网，因为介质会首先满足打量好的泵的入口所需，造成量能差的泵的入口短时抽空，引起振动。叶轮口环与壳体口环间隙大、平衡鼓与套间隙大是此种现象的主要原因，发现电流下降过大、流量不足时，应及时更换间隙超差部件。

2.2 轴瓦烧损故障案例

7月5日9：00，因高压灰水泵P1403-1自由端机械密封泄漏，启动备泵P1403-2。倒泵后设备技术员发现：自由端轴承箱回油视镜中没有流动迹象，并且轴承箱温度偏高，判断进油管孔板堵塞。此时总控DCS也发出自由端轴承箱超温报警，现场随即倒回P1403-1，并对P1403-2进行检查处理。打开轴承箱发现：轴瓦烧损，轴颈局部有磨痕，油系统管线内油泥过多堵塞流道。连夜修理，于次日8:30开车运行，停开车历时23.5 h。

2.2.1 原因分析

设备原因：机械密封冲洗水带有泥垢，当机械密封泄漏时，泥垢冲进轴承箱，造成油路堵塞；之前更换机械密封时没有清理轴承箱，造成油垢积存；油冷器泄漏造成油中带水[2]。

工艺原因：开泵前没有按操作规程检查油系统运行情况，未观察视镜，没有及时发现油路不通，造成联轴节侧径向轴瓦烧损、轴颈磨损。

2.2.2 处理措施

紧急倒泵，更换轴瓦，修复轴颈，疏通油管，清理油泥；督促维保单位及时处理机械密封泄漏，增设挡水环，防止泄漏液冲入轴承箱；严格按操作规程开停机泵，对进行处理的班组进行考核。

2.3 晃电停车故障案例

10月30日13：02，大量机泵电流开始出现较大幅度波动。13：15，气化装置所有机泵全部停运，气化炉双炉联锁停车。班组迅速通知车间及厂调度，车间立即组织停车处理。为防止泵倒转，现场立即关闭高压灰水泵、激冷水泵、高压冷凝液泵等8台泵的出口阀、暖泵线、回流阀。由于现场大多是高压阀门，且这些阀门在结垢的情况下关闭时间较长，高压灰水泵润滑油泵P1403-OA自停、P1403-1/2倒转，现场轴承座冒出黑烟并伴有刺鼻性气味。事后查询DCS趋势发现轴瓦温度从正常的52 ℃快速增加到满量程(200 ℃)。现场操作工盘不动车，确定了两端轴承抱死的情况。当日14：30，开始抢修P1403-1，施工人员拆解联轴器后发现电机、泵两侧均盘不动车。经过拆解发现止推轴承、止推盘严重烧毁，径向轴承出现较严重烧毁。由于止推盘无备件，车间决定更换备用泵头，电机更换备用电机。10月31日7：00，P1403-1电机安装完成并进行了单机试车，14：00开车运行，停开车历时25 h。

10月30日15：00，P1403-2开始抢修，发现止推端及自由端轴承烧损严重，止推盘主摩擦面磨损严重。止推盘修复主工作面，将其磨去0.76 mm厚度，并更换止推瓦块及两端径向瓦，加厚止推调整垫，调整止推间隙为0.52 mm，更换联轴节侧机械密封。10月31日5：00，P1403-2具备运行条件。后发现出口单向阀关不严，下线检修发现阀板与摇臂固定螺栓松动，导致开关不到位。电机出厂检修，于11月6日6:30安装到位，试泵并倒泵运行，停开车历时159.5 h。

2.3.1 原因分析

因外供油油泵停，导致惯性运转时干磨，轴瓦温度急剧升高，轴瓦烧损；出口单向阀关闭不严，导致泵倒转，加剧轴瓦烧损，导致泵转子径向及轴向跳动并通过联轴节作用于电机轴承，造成电机抱轴故障。

2.3.2 处理措施

定期检查出口单向阀，防止机泵倒转。对存停泵时倒转的泵，增加单向阀检修频次，并增加事故备件的储备。根据事故的教训和处理经验，进一步完善和优化同类事故应急预案，并进行必要拓展。

2.4 振动超标故障案例

2009年1月投用时存在P1403-1电机振动大的问题。2013年1月电机地脚加胶皮，在电机振动值为5～6 mm/s条件下运行3年。2018—2019年因电机振动大的问题，多次处理未果，后期通过对电机地脚进行改善，电机振动保持在3 mm/s；2019年1月26日泵体整体更新，电机振动最高达5.7 mm/s。2019年2月15日对设备振动进行监测，电机存在软脚问题，停泵后进行处理，电机振动有所改观，但泵的振动值有上升，联轴器侧比较明显，振动值由3.9 mm/s增加到4.7 mm/s。泵及电机振动值都超过5 mm/s。2019年5月通过专业人员找平，找出电机4个角不同的高度后重新加工垫片，把电机4个支腿全部垫实，处理悬空脚。试车时，电机振动值最大为1.7 mm/s，至此电机振动基本解决，但泵振动增大。

2.4.1 原因分析

介质存在汽蚀现象，泵体材料存在冲刷现象，电机地脚存在软脚或电机底座变形现象[3]。管道应力明显，会造成设备移位、变型，影响各部间隙配合。设备基础下沉，基础刚度不足。转子存在整轴系不平衡。

2.4.2 处理措施

针对P1403-1振动间歇性偏大的现象，车间改变泵出口流量并监测其对泵的电流及振动影响，测量数据见表2。

表2 流量、电流、振动值变化

通过表2可以看出：改变泵的出口流量，泵电流略有增加，但振动值未见明显的异常变化。

在工艺条件允许下，降低除氧器温度(工作温度和设计温度分别为108 ℃和160 ℃)或提高压力(工作压力和设计压力分别为0.036 MPa和0.5 MPa)。利用检修或消缺的机会检查入口管线、过滤网。滤网外侧支撑的孔径为6 mm，内部采用4.5 mm方形钢网作为滤芯，约为5目。稳定流量，在每台泵的出口增加流量计，目前仅有单台泵电流显示和2台泵总流量显示。

2.5 泵断轴故障案例

2月4日上午8:35，P1403-3总控DCS出现电流高报警，随即跳车。紧急启动备泵P1403-1。经现场操作工确认，P1403-3驱动端联轴节盘不动，非驱动端盘车灵活，判断泵轴断裂，切出检修。紧急更换备用泵头，进行找正、动火配管等措施，2月5日20：07启动运行，停开车历时35.5 h。

2.5.1 原因分析

原因一：日常记录振动最大值为7.8 mm/s，怀疑介质中硬颗粒多，造成动静部件磨损，轴出现裂纹；当口环磨损，间隙变大后，振动值下降；随着裂纹的扩展，振动值又上升，直到断裂，见图1和图2[4]。

图1 断轴

图2 断面

原因二：据统计3台泵10年来开停频繁，已达105次，泵轴受交变载荷产生疲劳裂纹，最终断轴，引起两端机械密封泄漏、泵体及电机振动大等问题。

2.5.2 处理措施

解体事故泵头后发现泵轴从平衡鼓外侧断裂。首级叶轮吸入侧口环断裂成3瓣，其他叶轮、壳体口环不同程度磨损，平衡鼓、套磨损间隙超差。为此进行大修处理，更换磨损件，改变平衡鼓、平衡套尺寸。

2.6 机械密封泄漏故障案例

2月5日下午，P1403-2非驱动端机械密封突然严重泄漏，此时P1403-3因断轴正在抢修，于当晚20:27倒泵，P1403-2切出检修，更换非驱动侧机械密封，于2月6日11:00启动运行，停开车历时14.5 h。

2.6.1 原因分析

机械密封冲洗水问题。从近几次机封泄漏看，存在干磨及高温迹象，此次动静环碎裂、静环辅助密封圈黏化。机封冲洗水总管设计压力为1.6 MPa，泵两端压力表显示为1.0 MPa左右，平衡管压力为0.7 MPa左右。理论上注入没问题，但实际上存在压力波动问题。2月11日总管压力即降为1.28 MPa。运行中也多次发现冲洗管线温度高以及介质水反冲现象。

非驱动端机械密封泄漏及更换次数，明显高于驱动端。非驱动端靠近泵出口，不排除因叶轮、导叶、中体口环磨损，间隙增大，密封水只注入一侧，导致机械密封的密封面受力不均而偏磨的可能。

2.6.2 处理措施

机械密封冲洗水加装流量计，冲洗管加阀门分别控制；改造机械密封结构形式；严格控制冲洗压力高于平衡管压力0.1 MPa以上；设法提高冲洗水压力，例如减少其它设备脱盐水的用量，从而保证压力的稳定。

3 结论

高压灰水泵自2008年10月装置开车以来，故障频发，经连续技术攻关，近几年停车故障明显减少，但又出现了振动大的问题。通过对故障案例分析，结果发现：只要备件及检修质量控制好，做好预知维修工作，严格执行操作及检修规程，就能避免故障的发生。对高压灰水泵存在的问题，将继续组织技术攻关，保证设备长周期安全运行。