双吸双支撑泵振动异常原因分析及处理措施

潘向东 高丽 王芳

中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司 吉林吉林市

石化公司乙烯配套装置采用“两头一尾”，即两套反应一套精制的模式。在两套反应并入一套精制的系统中，有3台P-9115A/B/C泵，为精制单元提供溶剂水。由于P-9115A/B/C泵处于两套反应装置的汇集处，泵的长周期稳定运行显得格外重要。泵吸入压力0.14MPa，排出压力1.55MPa，入口法兰12英寸，出口法兰8英寸，介质温度115℃，额定流量510.8m3/h，扬程152.8m，驱动端轴承SKF6312，非驱动器轴承SKF 7312BEGAY，机械密封JOHNCRANE3648-2平衡型双封（API型号代码BDPIN），膜片联轴器（THOMAS 71350），电机功率355kW，转速3000r/min。

一、故障现象

装置由国内知名工程建设公司设计，2010年6月中旬投产。装置采用API标准进行招标采购，转动机械采用了国际知名流体机械公司ITT离心泵，但在水运期间（设备单体试车），发现P-9115A/B/C泵轴承箱及出入口相连的管网振动超出标准值较大，轴承箱处的温度监测探头PT100经常处于报警状态。对泵入口管网及轴承箱振动进行测量，振动速度10mm/s，咨询ITT国际公司3620 M 8X12-15Q型机泵，电机功率355kW，振动最高值应≤5mm/s。另外根据API旋转机械振动标准，振动值也应≤5mm/s。在轴承箱不带冷却水夹套的情况下，温度监测＞85℃标准值（报警值）也是不允许的。机泵运转时入口过滤器晃动大，尤其是P-9115C泵运转时，过滤器端面振动值在12mm/s，同时P-9115C泵单独运转时，P-9115B泵、P-9115A泵的入口过滤器也晃动达10mm/s。振动和温度超出设计值较大，会加快机泵损坏，使机泵整体使用寿命降低。图1为P-9115A泵安装状态照片。

二、原因分析

对比ITT公司为本装置提供的其他泵的振动情况，认为该泵振动过大，在厂家确认设计以及泵本身没问题的情况下，对以下几方面进行了检查。

（1）检查泵与电机的对中情况，打表数据，内圆0.05mm，外圆0.08mm，符合ITT公司的要求。

（2）检查泵出入口法兰应力及扭矩情况，参照表1、表2数据，实测值都在ITT公司要求的范围内。

表1 出入口法兰允许最大应力与实测值对比 N

表2 出入口法兰允许最大扭矩与实测值对比 N·m

图1 改造前轮廓图（侧面）

（3）对泵轴承、基础、地脚以及紧固件等方面进行排查，均未发现异常。

（4）对泵出入口管线进行检查。P-9115A/B/C泵入口过滤器均为水平布置，支撑为管线上部吊装。

从图1中入口过滤的安装情况看，弯头在入口过滤器之后，泵吸入端法兰之前，入口直管段不足管径的3倍，可以作出以下分析：①吸入端流体经过弯头产生偏流和漩涡流，会降低泵出口压力和泵效率，还会造成进口流体带气，产生气缚现象；②吸入端双吸入口的条件不同，流体流量不均匀、水力损失等不同，造成泵轴向力不能自平衡，泵工作能力和效率下降，电机负载过大，轴承磨损加剧寿命缩短。③入口过滤器的安装高度为1121mm，泵更换轴承或机械密封以及泵大修时，检修人员作业极为不便。

三、处理措施

双吸泵的两个入口以轴线对称均布，如果进口管沿着泵轴向进入到泵入口上方位置，再向下拐弯进入到泵入口，则流体的流量对于两个吸入口均布，即入口第一弯头是垂直安装（与泵轴垂直），这种情况下没有接管必须大于数倍管道直径的要求。如果进口管沿着泵轴线垂直方向进入到泵入口上方位置，再向下拐弯进入到泵入口，这种情况下，若接管没有大于数倍的（至少3倍于管道直径）管道直径，流体的流量则对两个吸入口不均布，容易产生振动并对转子产生一个径向力，不利于泵的运行。因此，必须增加入口直管段的长度。入口直管段的改造方式有很多种，基于现场实际，必须以节省检修时间和降低材料备件的采购周期为原则。入口管道的直管段设计主要取决于入口过滤器的形式，入口过滤器选型仍为T形过滤器，但流向改为从上至下垂直流动，弯头在过滤器之前，直管段高度为2.2m。图2为改造完成后的照片。

四、结语

图2 改造后图

离心泵管道，特别是吸入管道，能严重影响泵的操作效率和寿命，是确保泵始终处于正常工作状态的关键。吸入管道设计不当将破坏泵设计时的自身平衡性，导致空气或水蒸气夹带进入泵中引起气缚，导致振动异常，并使叶轮偏离泵腔中心位置。气缚能引起叶轮严重磨损，而偏离平衡位置能导致轴轻微的偏心转动，最终磨损泵的轴承使密封失效。改造完成后P-9115A/B/C泵轴承箱及入口管网的振动值均在要求的范围内，轴承箱温度监测也正常，经过3年的运行，泵状况一直良好。通过现场泵的振动分析以及实际运行，可知泵入口T形过滤器的选型不当，从而造成泵入口直管段的距离不够，是引起泵振动异常的直接原因，因此在设计安装大型泵时，出入口管线的设置必须符合相关规范。