磁力泵开车不成功原因分析及处理措施

罗伟雄（中海石油化学股份有限公司装置保运部，海南东方 572600）

磁力泵开车不成功原因分析及处理措施

罗伟雄
（中海石油化学股份有限公司装置保运部，海南东方 572600）

分析磁力泵在检修后开车反复出现轴抱死原因，提出该磁力泵开车程序存在的问题及改进措施，成功解决了该故障，为今后同类设备出现类似故障提供参考。

甲醇；磁力泵；抱死；汽化；开车程序

80万t/a甲醇生产装置是中海油化学股份有限公司海南东方基地的化工装置，该装置采用英国DAVY工艺技术。由于磁力泵的优越性能及良好生产安全性，使磁力泵在化工生产越来越得到广泛使用，80万t/a甲醇装置就采用了10台各种规格型号的磁力泵，驱动电机匀为变频电机。2015年1月，工艺操作人员在将运行的B泵倒为A泵运行操作时，A泵抱死。检修人员随即展开检修，但检修后的泵在开车几分钟内，轴再次抱死，反复二次情况基本一样。本文就开车失败的原因及处理方法进行分析。

1　磁力泵的工艺流程及结构特点简介

精馏塔回流槽D332压力为0.7MPa的甲醇，经精馏塔回流泵J433输送到精馏塔D232顶部分馏（见图1）。磁力泵是先进的悬臂式离心泵，由电机，内磁转子和外磁转子组成。如图2所示：叶轮、泵轴、径向轴承、止推轴承和内磁缸组成内磁转子；外磁转子由外磁缸、传动轴和滚动球轴承组成；内磁缸与外磁缸之间有一个隔离套。内磁缸与外磁缸的磁力相互作用，使内磁转子在隔离套密封的工作腔内高速旋转输送液体，外磁转子的球轴承润滑为机油润滑，而内磁转子的轴承则依靠介质本身润滑和冷却。内磁转子被隔离套封闭在泵壳内，没有轴端密封，具有零泄漏、无机械密封冷却器及辅助管线等特点，在化工行业特别是易燃易爆、有毒有害介质输送场所，得到广泛采用。

图1　磁力泵工艺流程图

内磁转子的径向和止推轴承均为碳化硅滑动轴承，在高温下烧结而成。碳化硅轴承虽然硬度很高，但一旦润滑和冷却不到位或不正常，几分钟内碳化硅轴承就因相互研磨而粉碎，造成设备严重损坏。在生产装置建成原始开车时，由于工艺介质经过一系列的静设备后，携带着各种的细微颗粒，特别是更换新的触媒，40目的泵入口过滤网不能阻挡粉状触媒粉，堵塞了润滑冷却通道而使泵严重损坏，这种情况在装置试车初期，磁力泵曾发生过几次的。

那么，甲醇是如何润滑和冷却磁力泵内磁转子轴承的呢？如图3所示，首先一根管道将甲醇从泵出口引入泵盖内通道A，进入轴承支架内部后，分B、C、E三路，其中C、E二路分别进入前后轴承，E路甲醇进入前轴承，经润滑和冷却直接回到泵叶轮背侧，C路进入后轴承，经润滑和冷却后流到轴承支架和内磁缸之间腔体内；另一路，B路甲醇从轴承支架通过轴侧上的四个直径为￠10mm 的孔，进入直径为￠16mm长度约300mm的轴中心孔通道后从轴头后端流出，来到内磁缸与隔离套的轴向缝隙里，接着180°折返，带着内磁缸和外磁缸相互作用产生的热与B路会合形成D路，一起流入叶轮背面，最后从叶轮平衡孔流回叶轮入口。润滑冷却液通道的入口在泵的出口，出口在泵的入口，泵正常工作情况下，出口压力为1.35MPa，入口压力为0.71MPa，出口与入口的压力差使介质产生流动而不断循环、不断更新。为了保证介质在这过程中不断循环，带走轴承产生的摩擦热，磁力泵在启动及运转中严禁小流量状态下运行，设备操作手册特别强调出口阀不能完全关闭，必须确保有最小1/4的开度。这是磁力泵与普通离心泵启动时的不同之处。

图2　磁力泵结构图

图3　磁力泵润滑流动图

2　磁力泵故障发生过程

2015年1月17日，工艺在倒泵开车过程中，发生A泵传动轴抱死盘不动车，根据经验，磁力泵传动轴抱死，基本上都是内磁转子抱死，而内磁转子抱死都是碳化硅轴承损坏造成。经解体检修故障泵，发现碳化硅轴承损坏，特别是后轴承损坏较重。磁力泵检修过程是严格按程序进行的，第二天下午完成检修后，按工艺开车程序试车，但启动不到一分钟，泵体发出异常的响声而采取紧急停泵措施。

断开联轴节后，泵轴盘不动，再次解体检查发现，后径向轴承和止推轴承已经损坏。判断可能是灌泵排气不彻底，隔离套内有空气，致使润滑、冷却不到位，碳化硅轴承旋转产生的摩擦热，使液态甲醇迅速汽化为汽态甲醇，汽态甲醇封住润滑通道进出口，缺乏冷却润滑液的碳化硅轴承即刻损坏。为了确保开车前隔离套内的空气排尽，技术人员想出了从泵体到隔离套法兰一直钻通，然后在隔离套法兰上加工管螺纹并安装1/2〃仪表阀（见图3），作为磁力泵工作腔内的排汽阀，此举也得到厂家现场技术员认可。经改造加装排气阀的磁力泵，已能够确保灌泵排气彻底，随即按程序进行试车，但很快磁力泵再次因泵发出异常响声而被迫停泵。

解体检查发现同样也是后轴承损坏，特别是止推轴承损坏较严重，这是轴向力过大引起。前轴承未损坏，应该是泵在发出异常响声后，操作人员及时停泵未造成更严重后果。

图3　加装的排气阀

3　磁力泵故障原因分析

磁力泵二次开车匀失败后，不得不重新审视检修和开车到底哪个环节出了问题。厂家现场技术员之前曾多次和维修人员一起检修，厂家技术员认为整个检修过程的程序很规范，质量控制很到位，检修质量是没有问题的。

如果检修质量没有问题，那么就是开车环节了。通过对磁力泵结构特点，及设备操作手册要求和现场开车程序的梳理，初步认为问题应该出在开车方面。见图1，普通离心泵即轴端密封为机械密封的开车程序：B为运行泵，A为检修好的试车泵，操作人员首先将A泵出口阀关闭，将入口阀缓慢打开进行灌泵，入口压力低的可打开出口旁路阀灌泵，同时打开高处排气阀排气，之后关闭旁路阀，盘车检查正常后启动A泵，当出口压力正常后，缓慢打开A泵出口阀，同时关闭B泵出口阀。待A泵正常运行后，才关停B泵。

磁力泵的内磁转子是依靠介质本身来润滑冷却的，设备操作手册强调，任何情况下不允许小流量运行，特别是严禁出口阀处于关闭状态，因为当泵的流量为零时，叶轮所吸收的功率就转变为热能传给所输送的介质，这将使甲醇汽化，缺乏润滑液的碳化硅轴承将很快磨损并损坏，因此要求，磁力泵启动前出口阀先开启1/4。众所周知，化工装置工艺流程特点是连续、稳定的运行，工艺人员在倒泵和试车操作时，为保险起见及确保工艺的运行稳定性，通常要求试车泵运行正常后，才关停另一台泵。问题就出在这里，见图1，首先看泵入口管道设计，A、B泵共用一根入口管线，如果B泵运行状态下启动A泵，势必出现二台泵抢流量而造成入口流量不足，而B泵的转速一直处于正常运转状态，并且磁力泵是变频电机驱动，启动过程是个逐步升速的过程，在这段时间里，正在启动的A泵由于转速较低，入口流量抢不过正常运行的B泵。再看出口管道的布局，A、B泵出口管线也是汇合到一根管线上，正常运行的B泵出口压力高达1.35MPa的甲醇，完全将A泵出口止逆阀死死顶住，只有A泵出口压力也达到1.35MPa才能顶开止逆阀。因此，在A泵止逆阀打开之前这段过程的时间里，A泵一直处于无流量运行，此时泵的流量虽然为零，但叶轮所作的功并不为零，这使叶轮作功产生的热能及碳化硅轴承摩擦产生的热能，全部给甲醇吸收，吸收大量热能的液体甲醇，温度一旦超过饱和汽化温度将迅速汽化，无液体润滑的碳化硅轴承很快损坏。不断膨胀的汽态甲醇，使转子轴向力变大，同时电机升速的过程也使转子轴向力加大，二个变大的轴向力叠加，造成后止推轴承片最先损坏。假如B泵处于停止状态会是什么情况？首先，二台泵就不会出现入口争抢流量的情况，而且A泵的出口止逆阀的压力就不是B泵的出口压力1.35MPa，只要达到精馏塔D233的操作压力0.8MPa，A泵就可顶开出口止逆阀。计算可知，停B泵再启动A泵，泵只需要升压0.8－0.71 =0.09MPa（约1kg/cm2）；而不停B泵就启动A泵，泵则需要升压1.35－0.71 =0.64MPa（约6.5kg/ cm2），B泵停和不停二种情况下启动A泵，打开止逆阀二者的压力相差约6倍。因此，该磁力泵不能按普通离心泵操作程序进行倒泵和开车。

为什么其他磁力泵就没有出现在倒泵过程轴抱死的情况呢？首先要清楚甲醇的一个物理特性，在大气压0.101 3MPa （760mmHg）时，即一个标准大气压下，精甲醇的汽化温度64.7℃。从表1可以看到，前三台磁力泵的介质为粗甲醇，成分含各种杂质和水，含杂质和水粗甲醇汽化温度应该比精甲醇的要高。再看后二台，精馏塔回流泵J433和回收塔回流泵J436的介质都是精甲醇，但J433的入口温度远远超过J436的入口温度，而且是汽化温度64.7℃的二倍，高达123℃。当泵启动时，不合理的启动程序，会造成入口流量不足，特别是出口止逆阀关闭状态下，易诱使高温液态甲醇汽化，造成碳化硅轴承损坏，这应是J433开车时容易发生故障的原因之一。

表1　磁力泵性能参数表

4　故障原因及采取措施

通过现场勘察和设备操作手册仔细研究，找到精馏塔回流泵J433检修开车易发生抱轴的原因，主要是设备开车程序上的原因，采取了普通离心泵操作程序进行倒泵和开车，结果会产生磁力泵维护操作手册中，禁止小流量或无流量状态运行情况发生。

改进的开车及倒泵程序：见图5。①利用管道上最高排汽阀或在泵体上加装的排汽阀彻底灌泵排汽；②由于介质温度太高，适当进行暖泵；③进口阀保持全开状态，泵出口已经有止逆阀，所以出口截止阀也全打开（说明：A/B是带连锁自动控制启动的，二台泵正常情况下，进/出口截止阀都处于开户状态，只有检修需要置换和隔离介质，才关闭进/出口截止阀）；④盘车检查无卡涩现象，同时也能搅动液体，排气更有利；⑤特别强调，只有当运行泵按操作程序停止运行后，才能开始启动试车泵。

图5　开车/倒泵程序方块图

5　结束语

按改进后的开车程序及一些辅助措施，磁力泵J433终于顺利启动了，并投入生产装置中。这次故障的成功处理，解决了生产困扰的问题，消除了给生产造成的不稳定因素，为今后出现类似故障提供解决思路。

Magnetic Drive Pumps Unsuccessful Cause Analysis and Treatment Measures

Luo Wei-xiong

The magnetic pump after overhaul drive shaft locking recurring reasons，the proposed magnetic drive pump problems and procedural improvements，the successful resolution of the failure to provide a reference for future similar equipment similar failure.

methanol；magnetic pump；lock；vaporization；startup procedure

TQ051

B

1003-6490（2016）05-0005-02

2016-04-25

罗伟雄（1972—），男，广东兴宁人，机械维修高级技师/机械工程师，中海石油化学股份有限公司现场技术指导。