强自吸泵使用过程中存在的问题及解决措施

刘凯，赵博晗

（中国石油兰州石化公司石油化工厂，甘肃兰州 730060）

1 问题提出

芳烃装置污水井原采用长轴液下泵提升污水，鉴于某石化公司因为长轴液下泵故障引发的安全问题，中国石油炼化分公司下发油炼化53号文件“关于停用长轴液下泵的通知”要求将长轴液下泵改为自吸泵，车间按照要求更新了两台SQB 型强自吸泵。强自吸泵在运行过程中存在不上量或间歇性上量等现象，且自吸泵机械密封频繁泄漏，使用寿命短，甚至新更换的机械密封在第一次投用时即泄漏失效。因此芳烃装置面临污水无法外送和备件费用居高不下的环保、经济两大难题。

2 强自吸泵工作原理

强自吸泵启动前，手动拨动轴承箱外部的离合部件至“合”，使轴承箱内部滑动齿轮与偏心齿轮啮合。机泵启动后，轴带动叶轮旋转的同时也通过轴承箱内的偏心齿轮带动轴承箱上部的吸真空装置一起做往复式运动。自吸泵入口管线内的空气通过吸真空装置被源源不断地排出，污水井中的污水在大气压的作用下被压至叶轮处。当自吸泵出口压力表有压力显示时，此时排气过程结束，手动拨动轴承箱外部的离合部件至“分”，使轴承箱内部滑动齿轮与偏心齿轮分离，吸真空装置停止工作。图1为强自吸泵吸真空装置结构。

图1 吸真空装置结构

吸真空装置连杆带动膜片做往复式运动。膜片向下运动时，腔A 变成真空状态，阀1 打开，气体吸入。膜片向上运动时，阀1 关闭，腔A 为高压状态，腔B为真空状态，阀2打开，气体进入腔体B。膜片再次向下运动时，阀2 关闭，腔体B 为高压状态，阀3 打开，此时空气由阀3 排向大气，以此循环，直至强自吸泵入口管线内部空气完全排出。

3 故障现象及原因分析

3.1 吸不上量或间接性上量现象

强自吸泵运行中存在的吸不上量或间接性上量现象，原因或有以下几个方面：

1）机泵反转或转速不够

经过跟踪检查和测速，机泵转向和转速正常，无反转和转速过低现象。

2）吸真空装置或入口管线漏气

对强自吸泵吸真空装置连接胶管卡子进行重新固定，对入口管线密封面进行换垫查漏，各密封面进行仔细检查，未发现漏气现象。

3）入口管线堵塞

对法兰密封面进行换垫时检查入口管线，管线内无异物，通过性好，污水中亦无可能导致堵塞的异物及大杂物。

4）污水井液位低

污水井底部离自吸泵入口叶轮中心高度大于7 米，低液位时，由于要克服管线及弯头阻力，造成污水吸入量不足，当污水液面高时，上量明显好转，强自吸泵正常工作一段时间至污水井液面低时，又存在上量不好，出口压力明显回落的现象。

3.2 机械密封频繁泄漏

强自吸泵运行中出现的机械密封频繁泄漏现象，原因或有以下几个方面：

1）机械密封材质不符合要求

对原厂家机械密封进行拆卸、检查，机械密封摩擦副动环、静环材质分别为碳化硅及浸渍石墨，这两种材质广泛应用于机械密封中，查阅相关资料可知，对于提升常温、低腐蚀性的污水介质，其符合质量要求。

2）机械密封制造、安装不符合要求

每次更换的机械密封均为原厂家未拆卸的原型号机械密封，更换时对机械密封摩擦副、各部件都进行了仔细检查，确认无杂质、灰尘；静环压盖与安装孔固定时，螺丝由松到紧拧紧，受力均匀，安装后经测量静环断面与轴心线垂直。

3）机械密封主机轴径向、轴向蹿动量大

拆卸后利用游标卡尺及千分表测量、检查主机轴的轴向蹿量、摆动量和挠度均符合技术要求。

4）强自吸泵吸真空时间过长

机械密封摩擦副的摩擦根据摩擦副间的液膜分为湿润滑、半湿润滑、干摩擦状态。密封正常工作时，动环和静环所形成的摩擦副处于半湿润滑状态。而处于湿润滑状态时，泵的泄漏量会增大，污水外流不满足要求；处于干摩擦状态时，就会由于摩擦热而烧毁密封。强自吸泵在启动开始时，吸真空装置排空入口管线空气的同时，机封跟随轴一起转动，此时动环和静环之间没有介质润滑。在这种情况下，强自吸泵吸真空时间越长，机械密封动环和静环所构成的摩擦副产生的摩擦热就越多，此时若没有冷却液降低摩擦副的温度，摩擦副就会形成干摩擦而烧毁机械密封。

综上，强自吸泵运行中存在的吸不上量或间接性上量与机械密封频繁泄漏存在必然联系。由于密封性差的原因，即使强自吸泵吸真空装置完好且正常工作，其叶轮中心也无法达到绝对真空。污水井液位高度存在某一个临界点，当液位低于临界点时，污水井中的污水在大气压作用下克服管线阻力无法达到叶轮中心吸入点，导致强自吸泵不上量。此时机械密封无介质润滑冷却，长时间“干磨”，导致机械密封摩擦副发热、破裂、漏气。第二次启动强自吸泵时，由于机械密封已损坏、漏气，吸真空装置吸气时间更长，叶轮中心形成的真空度更低，自吸液位临界点升高，导致强自吸泵不上量现象更加严重。

4 改进措施

4.1 入口管线改造

将机泵入口管线口径DN100 改为DN80，减小入口管线空气容积量，缩短吸真空装置工作的时间。由于机泵出口管线为DN65，改造后的入口管线口径仍然大于出口管线，满足使用要求。

4.2 机械密封改造

对强自吸泵的机械密封进行测绘加工，参考API682密封冲洗方案中plan52，将原机泵上的单端面机械密封改为双端面机械密封，摩擦副腔体中采用白油循环冷却。增加一个白油罐及出入口两根金属软管，白油罐的压力利用氮气源和减压阀控制到0.4 MPa，略微大于自吸泵出口压力值，避免污水蹿入白油系统。白油在氮气的压力作用下在机械密封摩擦副腔体中自循环，带走机械密封产生的摩擦热量。

4.3 摸索临界液位点

为便于观察，将污水井底部至顶部（地面）每间隔1 m用苏丹红漆进行横线标记，底部至顶部依次标记为1～7 m（污水井深度为7 m）。通过跟踪测试和观察，机械密封完好时临界液位高度为2 m，污水井液位低于该临界液位时，出口压力明显波动，且机泵运行杂音加剧，当液位低至1 m 时，出口压力回落明显，强自吸泵不上量现象较为突出。为保证机泵安全、平稳运行，将强自吸泵启动的临界液位高度定为2 m，并完善到机泵操作规程中。

5 实施效果

强自吸泵改造完成后，吸真空装置工作时间由原来约60 s降低到30 s左右即可看到出口压力表有指示，缩短了开泵时间（降低了机械密封“干磨”时间）。运行半年时间内未发生机械密封泄漏情况，达到了预期效果。目前，这种改造方法已应用到其余几台自吸泵中，运行效果良好。

6 结论

强自吸泵虽有较强的自吸能力，但长期在较低的入口液位工作时，自吸时间长，机械密封使用寿命降低，通过减少吸真空时间，引入白油介质冷却提高机械密封使用寿命，保证了其长期稳定运行。