屏蔽泵故障分析及处理

杨雨春

扬州石化有限责任公司，中国·江苏 金湖 211600

屏蔽泵因电机-泵一体化的密封结构，具有安全无泄漏的特点，适合输送易燃易爆和有毒等介质，但其密封结构也给故障分析及排除带来了一定的难度。论文以扬州石化烯烃分厂脱乙烷塔回流泵为例，对其故障原因及维修经过进行详细分析，并针对屏蔽泵故障诊断和排除方法提出合理化建议，以提高屏蔽泵运行稳定性和使用寿命。

故障分析；维修；脱乙烷塔；屏蔽泵

1 引言

屏蔽泵因电机-泵一体化的密封结构，全部采用静密封，因此具有安全无泄漏的特点。此外，屏蔽泵适合输送易燃、易爆、易挥发和有毒等介质[1]，在扬州石化烯烃分厂的气分装置和MTBE 装置中应用较为广泛。其中，气分装置中脱乙烷塔回流泵P6004A 属于标准型多级立式屏蔽泵，由大连海密梯克泵业有限公司于2011年5月制造，于当年8月安装并投入使用。近期由于该设备老化引起振动上升等一系列问题，并且该泵在本厂屏蔽泵的应用中具有代表性，因此从保障设备长周期稳定运行的角度，对该设备故障原因分析和故障消除研究很有必要。

2 设备运行概况

P6004A 的主要参数如表1～表3 所示。

表1 P6004A 的离心泵参数

表2 P6004A 的电机参数

表3 P6004A 的工艺参数

P6004A 使用材质为碳化硅的滑动轴承，其寿命通常可达3 年以上，正常运行时振动一般为1.5mm/s 左右。2016 年和2017 年该泵均有返厂检修以消除振动。2022 年10 月13 日，P6004A 由于振动突增并居于高位，最高振动值达到4.2mm/s（标准上限值为4.5mm/s），如图1 所示。为保障屏蔽泵长周期运行，决定停泵检修，外送至大连金石泵业有限公司维修。

图1 P6004A 振动值（2022.10.10—2022.11.22）

3 前期故障描述及分析处理

2022 年11 月25 日，P6004A 外送厂家解体检查。解体发现问题及原因分析如下：

①叶轮全部“腻死”在泵轴上面，造成拆解难度大。说明P6004A 的叶轮存在较为严重的锈蚀，结垢现象严重。结垢不均匀往往会导致叶轮动不平衡加剧，是导致泵体振动增大的原因之一。P6004A 叶轮材质为碳钢，与之对应的P6004B 的叶轮在2020 年8 月设备更新后，材质由碳钢升级为304 不锈钢，在抗锈蚀方面取得更加良好的效果。由于该泵运行的工艺环境较为复杂，原料液化气经上游脱硫醇装置处理后如果不能将杂质脱除干净，如S-和OH-等具有腐蚀性的离子，从而对下游设备产生一定的腐蚀。叶轮锈蚀还可能由于泵在使用过程中曾经发生过气蚀，如灌泵不彻底、长时间小流量运行均会造成叶轮气蚀。叶轮的气蚀使得叶轮表面受损，会导致泵流量变少、扬程降低、效率下降[2]。

②首级叶轮口环部位有明显的缺肉现象（如图2 所示）。说明除了叶轮腐蚀现象外，在首级叶轮入口还存在固体颗粒冲蚀现象。由于介质流速很高，泵内锈蚀颗粒掉落并被吸入叶轮内部，与叶轮口环摩擦冲击形成缺口。尽管泵入口的过滤网能有效阻挡来自上游的机械杂质，却无法有效阻止泵内部机械杂质形成的冲蚀。2023 年1 月28 日对P6004A 入口过滤网进行拆检，表面基本干净无杂质，可以基本排除来自上游装置固体杂质造成叶轮口环冲蚀的因素。

图2 P6004A 首级叶轮

③前后滑动轴承都有磨损，滑动轴承套和轴套粘连在一起（如图3 所示）。从图中得知，滑动轴承套表面存在较多且较深的划痕，推测在泵运转过程中，固体颗粒随工作介质进入屏蔽泵，引起轴承套表面擦伤和产生条痕，严重者出现沟槽，最终导致轴承使用寿命缩短和失效。从泵群状态监测数据以及现场巡检测得的数据得出，P6004A 维修前的轴承温度并无超高现象（不超过40℃），加上大连海密梯克制作的碳化硅滑动轴承用轴套采用特殊的配合面（如图4 所示），具有良好的热变形及补偿内外膨胀量差异性能，不会对其外侧的碳化硅轴承套产生巨大张力[3]。因此，排除超温轴承烧伤的因素，滑动轴承和轴套粘连仍与机械杂质有很大关系。

图3 P6004A 滑动轴承套和轴套

图4 P6004A 轴套示意图

④转子屏蔽套有明显的划痕，有局部地方比较深（如图5 所示），轴叶轮端跳动0.1mm。由图5 可以看出，转子屏蔽套表面的划痕呈规则的环形，可排除气蚀和机械杂质冲蚀的因素（汽蚀或冲蚀会形成洞穴状腐蚀破坏的坑点）。这主要是由于滑动轴承磨损到一定程度后，转子在运行过程中屏蔽套和电机定子屏蔽套之间发生了摩擦导致的。滑动轴承磨损得越厉害，这种摩擦就会越加剧。轴跳动量大于标准值0.05mm，说明轴存在弯曲现象，多由转子动不平衡引起，是对泵体振动影响较大的因素之一，需对轴进行校正处理。

图5 P6004A 转子屏蔽套

⑤后轴承体环和平衡盘环均受到磨损，平衡盘锈蚀（如图6 所示）。后轴承体环和平衡盘环都属于易损件，能够一定程度保护轴承和平衡盘使其不被磨损，需及时进行更换。图中平衡盘表面锈蚀严重，其原因与叶轮相似，不再赘述。

图6 P6004A 平衡盘

针对上述故障及问题，大连金石采用焊起拔螺母用拉马拆解的方式进行拆解，并进行如下处理：

①更换首级叶轮，并修复其余叶轮；

②更换前后滑动轴承，滑动轴承套及推力盘；

③校正转子组件，更换转子屏蔽套；

④更换后轴承体环和平衡盘环；

⑤更换泵用密封垫一套；

⑥转子组件动平衡试验、整机性能及运转试验；

⑦拆泵清洗、组装、气密检验。

由于转子屏蔽套和定子屏蔽套摩擦均受到一定程度损伤，而大连金石前期仅更换了转子屏蔽套，导致最后打压试水时电机定子屏蔽套破损进水。

4 后期故障描述及分析处理

2023 年1 月5 日返厂后安装并于1 月9 日进行初试，但由于电气综合保护器故障未能正常投用。电气工程师处理之后，于1 月10 日投入运行后，初始振动值1.5mm/s 左右。在1 月15 日P6004A 电流从20A 的正常电流突然迅速上涨，直至超电流自停。1 月16 日10 时许重启该泵后振动值缓慢上涨至最高3.0mm/s。1 月20 日、1 月26 日和1 月30 日P6004A 均出现超电流现象，与15 日情况类似。其中，1 月20 日的电流趋势如图7 所示。1 月28 日钳工进行盘车和进出口管线拆检，未能确定故障原因。

图7 P6004A 电流趋势（2023.1.20）

故障原因分析：通过分析电流数据判断，P6004A 电流突升至超电流仍然是电气方面原因。泵在停机后，电流指示在短期内仍然有数据（0～5A 之间波动），在1 月30 日的电流趋势中尤为明显（如图8 所示）。

图8 P6004A 电流趋势（2023.1.30）

后经电气工程师检查发现，P6004A 运行时会间歇性地电流缺相，进而发现是由于综合保护器老化发生故障，受热到一定程度便会发生电流短路，以至于P6004A 每运行一段时间便会电流迅速上升从而触发保护开关。后期经电工更换新综合保护器后，P6004A 运行正常，但运行一段时间后振动便会达到3mm/s 以上（如图9 所示）。推测由于之前的几次超电流事件，导致屏蔽泵较长时间低转速小流量运行，轴承因润滑不足而受到损伤。3 月5 日，P6004A 振动值达到3.5mm/s，切换至备用泵。

图9 P6004A 振动值（2023.2.24—2023.3.5）

5 结语

通过对扬州石化烯烃分厂脱乙烷塔回流泵的故障原因分析，对将来更快更准地判断和排除屏蔽泵故障具有重要意义，可采取有针对性的措施提高屏蔽泵运行稳定性和使用寿命。为此，论文提出如下见解和建议：

①优化设计选型，提升泵内零部件材质，以提高其抗腐蚀性能和使用寿命。屏蔽泵的种类较多，应根据介质特点选用合适的屏蔽泵类型。逆循环型屏蔽泵因其自身介质流向的特点，适用于输送易挥发液体，且抗气蚀能力较普通型要强[4]，因此可作为重新选型的一个参考。此外，叶轮、平衡盘等易腐蚀部件宜选用高强度、高硬度和高韧性的不锈钢材质，叶轮的形状设计宜采用“马刀形”以减少流体阻力损失。

②通过故障现象及特征正确判断出故障类型，对于后期的故障诊断及排除尤为重要。根据故障排查的难易程度，确定排查优先级为：工艺＞电气＞机械。对于屏蔽泵故障的机械原因，更多往磨损、腐蚀和润滑的角度去分析，并以此作为提高屏蔽泵运行稳定性和使用寿命的基点。而就如何提高泵体抗磨损和腐蚀能力，可以从升级材质、增加表面处理工艺等角度进行考虑。电气原因，从电气设备及线缆两方面进行排查；而工艺原因，则更多的是从上游装置查找原因。

③对于重复出现相同故障现象时，一定要排查清楚故障原因，切忌频繁启停屏蔽泵，以防屏蔽泵损伤扩大化。从之前分析的案例中可以推测，P6004A 二次维修后振动值缓慢上涨跟1 月15 日—1 月30 日之间数次超电流事件有很大的关系。如果1 月9 日初试时就对综合保护器故障引起重视并及时更换修复，就有很大概率避免频繁低转速小流量运行而造成轴承损伤。电气故障相对于机械故障而言具有较强的隐蔽性，因此在设备变更前均应对电气状况做全面检查，确保电气设备及线路的完好性。