GSB-L1型立式高速泵常见故障分析及处理

李 杰

(呼伦贝尔金新化工有限公司，内蒙古 呼伦贝尔 021506)

0 引 言

呼伦贝尔金新化工有限公司(简称金新化工)500 kt/a合成氨、800 kt/a尿素项目配套1套荷兰壳牌下行激冷流程的粉煤加压气化装置(1台Shell气化炉)，采用N2/CO2输送煤粉，气化压力为4.0 MPa，其主要生产单元包括预干燥单元、磨煤与干燥单元、煤粉加压输送单元、煤气化与合成气激冷单元、除渣单元、湿洗单元、灰水处理单元、公用工程单元等；其中，灰水处理单元(U1700)及公用工程单元(U3X00)设有4台小流量高扬程GSB-L1型立式高速泵(P1702A/B、P3303A/B)。这4台立式高速泵自2016年6月投运以来，频繁出现振动大、主/辅油泵打压低、喷油嘴堵塞、机械密封泄漏、诱导轮冲蚀等问题，严重制约着Shell气化装置的长周期、安全、稳定运行，采取一系列有针对性的优化改进及运行维护措施后，收到了较好的效果。以下对有关情况作一简介。

1 GSB-L1型立式高速泵概况

1.1 GSB-L1型立式高速泵主要技术参数

金新化工Shell气化装置配套的4台GSB-L1型立式高速泵，分别为2台高压循环水泵(P1702A/B)、2台高压工艺水泵(P3303A/B)。P1702A/B的主要作用是为气化炉排渣罐(V1403)进行充压；P3303A/B的主要作用是将工艺水加压后送往高压工艺水管网，主要用作开工烧嘴冷却水、破渣机机械密封水及各单元高压仪表冲洗水、高压机泵机械密封水等。4台GSB-L1型立式高速泵的主要技术参数见表1。

表1 4台GSB-L1型立式高速泵主要技术参数

1.2 GSB-L1型立式高速泵主要构件

GSB-L1型立式高速泵为采用《石油、重化学和天然气工业用离心泵》(ANSI/API 610—2004)制造的单级单吸部分流式离心泵(OH6型)，由电机、齿轮增速箱(二级增速)、泵及其附件组成，其中，低速轴与中速轴采用滚动轴承，高速轴采用滑动轴承，泵叶轮采用半开式，入口设置诱导轮，其结构示意如图1。

图1 GSB-L1型立式高速泵结构示意图

GSB-L1型立式高速泵增速箱润滑系统主要由增速箱油池、主/辅油泵、油冷却器、油过滤器、预润滑辅助系统及配套管件组成。主油泵为定排量摆线齿轮型油泵，由增速箱低速轴直接驱动；辅油泵为齿轮泵，采用电力驱动，独立设置；启动主电机前，先启动预润滑系统，预润滑系统由辅油泵、单向阀及管线组成，其作用是在启动主电机前对增速箱内的轴承和齿轮进行预润滑，若油压≥0.14 MPa就可启动主电机，从而避免启动时可能引起的轴承及轴组件损坏，主电机启动后预润滑系统自动切换并停用。

2 GSB-L1型立式高速泵常见故障分析及处理

2.1 高压工艺水泵振动大原因分析及处理

高压工艺水泵(P3303A/B)自安装投运以来，其增速箱振动一直偏大，箱体上部横向振动(振值)超过6.6 mm/s，增速箱垂直方向振动(振值)超过10 mm/s，以上振值远超ANSI/API 610—2004相关条款要求，该泵无振动监测，后经专业人员到现场用专用仪器进行在线诊断，振动以1X倍频为主。考虑到P3303A/B自安装投运以来振动一直居高不下，检查高速轴跳动及对中正常，初步排除转子弯曲及对中不良，而不平衡是最常见的转子系统故障，其主要表现就是1X振动过大，会导致转子和箱体大幅振动，1X不平衡力通过系统的动力学刚度起作用，而振值与设备动力学刚度成反比，动力学刚度偏低会引起1X振动增大。另外，P3303A/B增速箱为铝合金材质，箱体质量较轻，增速箱上部采用4根宽度为50 mm、厚度为8 mm的互为独立的扁钢拉条固定，拉条在箱体上的连接直接采用螺栓固定，接触面小，且应力较为集中，调整不当即会造成增速箱箱体受力不均，影响增速箱轴承的支撑刚度，一旦支撑刚度下降，振动就会加剧。

处理措施：2018年7月，利用装置停车大修机会将P3303A/B返厂拆检，并重新对增速箱高速轴、中速轴及低速轴进行动平衡试验，重新装配；另外，在增速箱上部增设固定圆盘和拉杆，固定圆盘采用螺栓与增速箱固定后形成一体式结构，再通过高强度可调节拉杆螺栓与基座相连，减小应力集中的同时大大增强增速箱外壳结构的刚度。改进后，P3303A/B振动大问题得以消除，其箱体上部横向振动(振值)、增速箱垂直方向振动(振值)均降至3 mm/s以内。

2.2 主油泵打压低原因分析及处理

2019年9月，高压循环水泵(P1702A)启动时频繁跳车，经仔细排查，原因是P1702A启动瞬间主油泵打压不足0.10 MPa，低于0.14 MPa的设定联锁跳车值，启动后随即联锁跳车以保护设备。排查油路及油系统单向阀，未见异常；解体检查主油泵，未见磨损；进一步检查中箱体后发现，中箱体进/排油口密封面有较为严重的磨损。经分析，认为其原因在于，中箱体上设有主油泵进/排油口，主油泵在低速轴和弹簧的固定下，其分油盘与中箱体处贴合形成密封，原设计分油盘可以旋转180°，分油盘靠中箱体密封面上的定位销进行定位，保证泵进/排油口可以切换，以确保泵在反转情况下主油泵可以正常运转，但由于P1702A/B为间歇性向系统供水，设备启/停较为频繁，且中箱体进/排油口密封面采用铝合金材质、主油泵分油盘采用不锈钢材质，分油盘材质硬度较中箱体密封面硬度大，久而久之，中箱体密封面出现磨损，P1702A/B启动后，主油泵内漏较大，整个油系统形不成背压，导致测点油压偏低而触发联锁停车保护。

处理措施：更换受损的中箱体进/排油口密封面，解决主油泵分油盘与中箱体配合面密封不严的问题，2020年9月后主油泵分油盘处增设止动垫，2022年3月后主油泵分油盘结构改为不可旋转式，主油泵打压低问题得到彻底解决。

2.3 辅油泵打压低原因分析及处理

2020年9月高压循环水泵(P1702A)在更换增速箱总成后出现辅油泵打压低情况，测点压力约为0.032 MPa，低于0.14 MPa的联锁跳车设定值，不满足泵启动条件。检查现场管路，处理跑、冒、滴、漏，并进行排气检查后，问题未得到消除；解体检查辅油泵，未见异常；对润滑油流程及主油泵油路进行分析，判断为主油泵分油盘未在工作位置所致——主油泵正常工作时，在主轴旋转下主油泵分油盘与中箱体进/排油口重合，一旦主油泵分油盘卡在中间位置，会导致油系统进油通道和回油通道短路，主油泵启动后，油大部分经过主油泵短路通道回到增速箱油池，造成系统没有背压，其他几个轴承润滑点缺少润滑，油压低于设定联锁跳车值，导致辅油泵无法正常启动。拆检发现，主油泵分油盘的确不在正常工作位置，印证了上述判断。

处理措施：在主油泵分油盘处增设弧形止动垫片将分油盘固定(增设止动垫片后，连接泵联轴器前保证泵旋向正确)，通过限制分配盘的旋转减少分油盘与中箱体进/回油口的来回摩擦，分油盘不在工作位置而致辅油泵不打量的问题得到彻底解决，保证了主油泵的运行稳定性；2022年3月以后，在采购主油泵备件时，其分油盘直接改为了不可旋转式。

2.4 喷油嘴堵塞问题原因分析及处理

2021年初，高压循环水泵(P1702A)运行时突发主油泵油压不足导致辅油泵启动，辅油泵运行后短时间内油压又持续偏低，进而导致P1702A出现异响并伴有振动大的情况。拆检发现，增速箱低速轴上部轴承散架，低速轴和中速轴齿轮存在打齿情况。分析认为，增速箱低速轴、中速轴的滚动轴承全部靠喷油嘴喷油润滑，喷油嘴孔径约0.5 mm，一旦润滑油被污染，过滤器不能有效过滤杂质，会导致喷油嘴堵塞，油路堵塞会引发轴承润滑不好，严重时会导致轴承损坏，进而影响齿轮啮合，低速轴与中速轴高速旋转下发生齿轮打齿事故。

处理措施及后续保养措施：清理喷油嘴及整个油系统，更换低速轴与中速轴总成，更换油滤芯等；油系统油滤芯更换频次由原来的累计运行6个月调整为累计运行3个月，增速箱大修周期由原计划的2 a调整为1 a，通过缩短设备大修周期及时解体增速箱清理油池及相关油路，同步清洗喷油嘴，消除运行隐患。

2.5 机械密封频繁泄漏原因分析及处理

4台GSB-L1型立式高速泵自投运以来机械密封频繁出现泄漏(润滑油)的情况，经多次拆检，发现导致机械密封损坏的主要原因如下。

(1)润滑油油质较差。高速泵计划性检修周期长，油滤器滤芯更换频率低，久而久之油系统产生油垢，一旦油垢进入机械密封处，易造成动/静环异常磨损，缩短机械密封的使用寿命。

(2)安装质量欠佳。GSB-L1型立式高速泵机械密封密封O型圈较多，不熟悉或安装中稍有不慎便会出现遗漏或错误：其一，机械密封动环与高速轴轴肩处容易误装O型圈，导致O型圈受压变形，碎渣落入机械密封静环座中影响弹簧的压缩，一旦弹簧受力不平衡易导致机械密封泄漏；其二，机械密封静环座与箱体间的O型圈容易漏装；其三，机械密封压缩量控制不好。

(3)机械密封部件结构形式发生了变化。GSB-L1型立式高速泵油封原采用60C型机械密封，2019年7月后设备厂家将其改为60C(Y)型机械密封，其与60C型机械密封最大的区别是密封面加宽了，同时配套加宽了的动环，对于常用机械密封而言，相同工况下密封面窄更有利于散热，尤其是高速旋转场合，因此本改进型的宽密封面机械密封并不适合现有工况。

处理措施：2020年7月系统大检修期间，将4台GSB-L1型立式高速泵油封改用静环稍窄的机械密封，即恢复使用60C型机械密封，此后再未出现过机械密封频繁泄漏的情况。

2.6 诱导轮冲蚀原因分析及处理

4台GSB-L1型立式高速泵运行参数较为苛刻(小流量高扬程)，运行中容易出现一定的汽蚀现象，尤其是高压工艺水泵(P3303A/B)，其诱导轮频繁出现冲蚀，平均使用寿命仅有2个月左右，且高压循环水泵(P1702A/B)诱导轮平均使用寿命也只有3个月左右。考虑到诱导轮为定型系列产品，据实际工况选择合适的型号即可，其材质一般为316和316L(材质大都是为了满足耐腐蚀等要求，对泵抗汽蚀性能没有明显的影响)。鉴于诱导轮冲蚀主要与泵的汽蚀有很大关系，主要通过工艺调节尽量予以控制。

处理措施：工艺操作方面，保障泵入口罐的高液位，尽量降低泵入口介质温度，以提高泵的有效汽蚀余量；设备运行维护方面，定期进行计划性检查，及时更换诱导轮，消除隐患，避免诱导轮损坏严重后与泵体摩擦而造成密封泄漏等。

3 结束语

通过对GSB-L1型立式高速泵常见故障进行分析，找到了症结所在，采取有针对性的改进措施并加强设备检修质量把控，同时加强日常计划检修工作，并在日常生产中对设备操作过程加以优化与规范，尽量避免泵出现汽蚀现象，金新化工4台GSB-L1型立式高速泵故障频发的问题得以有效解决，目前设备整体运行较为稳定，助力了Shell气化装置的安全、稳定、长周期运行。