浅谈乙烯输送泵常见故障及判断处理

陈树勋

摘 要：乙烯输送泵在甲醇制烯烃项目平稳运行中发挥着至关重要的作用。故障发生是由泵的结构特点和输送介质的性质决定的。本文重点对乙烯输送泵特点介绍和故障原因进行了归纳分析，并提出对策和解决措施。

关键词：乙烯输送泵;特点介绍;故障分析;解决措施

0 引言

随着我国经济的稳步快速发展，石油化工产品的消费量明显提高，化工原料的需求量逐步增大，在快速发展的同时也面临着资源短缺的矛盾，以煤炭为原料生产甲醇，经甲醇制低碳烯烃是缓解石油短缺的重要措施。某煤制烯烃项目以煤为原料，年产60万t聚乙烯和聚丙烯产品。烯烃罐区设有乙烯、丙烯、混合碳四、戊烯、丁烯-1、异戊烷和丙烷等球罐，在甲醇制烯烃项目起着承上启下的核心作用。乙烯储存输送单元分别位于新旧两个罐区，旧罐区设有4台乙烯罐和2台乙烯输送泵，新罐区设有2台乙烯罐和2台乙烯输送泵。乙烯输送泵将乙烯加压输送至烯烃分离装置产品汽化器加热气化后输送至PE装置，是整个甲醇制烯烃中非常重要的输送设备，其性能好坏直接影响着生产的可靠性和下游装置的平稳生产。

1 乙烯输送泵的主要特征

1.1 基本特点

乙烯输送泵的基本结构型式为立式、多级、双层壳体的立式多级筒袋泵。采用径向剖分，内壳承受泵压，外壳承受介质的吸入压力，吸入管和排出管互成180度布置;设有平衡鼓装置，由配对角接触球轴承承受残余轴向力;轴承箱体带有独立的内循环自动润滑系统，并配置润滑油冷却系统;外壳的长度以及泵的安装深度取决于对NPSHr汽蚀性能的要求，当泵深度达到一定的深度时，泵轴带有中间支撑;采用双端面机械密封。

1.2 轴承与润滑

轴承主要分为上轴承和下轴承。上轴承为滚动轴承，位于联轴器下方的专用轴承箱体，设置辅助冷却管路，内有双向的角接触球轴承，同时承受轴向和径向力。

泵工作时，轴套随轴一起旋转，轴套下部的倾斜端面带动其内部的润滑油一起旋转。这样产生离心力，并同时产生一个向上的升力，在此升力的作用下，使得润滑油到达轴承上部，起到润滑作用。部分润滑油由轴承箱体上的回油孔返回储油室。下轴承为导向滑动轴承，浸没于介质中，并由介质进行润滑;下轴承主要起中间支撑作用，来限制泵轴的径向跳动，可根据泵轴长短不同设置中间支撑轴承。

1.3 轴向力平衡装置

由于存在叶轮入口面积而使得后盖板的面积比前盖板大，在同一液体的压力下将产生一个由电机端指向吸入口的轴向力，总的轴向力为泵的各级叶轮所产生的轴向力之和，这些轴向载荷由平衡装置来平衡。

平衡装置由轴封、随轴一起旋转的平衡鼓、固定在进出口段上的平衡鼓套、节流间隙和平衡卸流孔等組成。节流间隙的一端与泵体内部连通，另一端与轴封体、平衡鼓和平衡鼓套构成的平衡腔连通。

在进出口段上开设平衡卸流孔，将平衡腔与筒袋连接起来，将其腔内的压力降为筒袋压力，致使平衡装置前后产生压力差，来平衡泵竖直向下的轴向力。此力与所需平衡的泵轴向力方向相反，力的大小与平衡鼓的环面积有关，且其设计可将工况下的泵轴向力基本抵消，止推轴承可平衡掉余下的轴向力。

1.4 轴封装置

乙烯输送泵采用集装式双端面串联式机械密封。在工作时，由乙烯介质压力和弹性元件的弹力引起的合力作用下，在密封环的端面上产生一个适当压紧力，使两个接触端面（动环、静环端面）相互紧密贴合，并在两端面间极小的间隙中维持一层极薄的液膜，从而达到密封的目的。双端面机械密封有两道端面密封，若一级密封失效，二级密封仍然可密封，防止泄漏。由密封液罐向密封腔内引入密封液进行堵封、润滑和冷却。密封液不仅冲洗摩擦副改善机械密封工作环境，还是作为一级密封面是否失效的监测手段。二级密封外环通入干燥氮气，保持机械密封的干燥。

2 乙烯输送泵的常见故障判断处理

乙烯输送泵的常见故障分为水力故障和机械故障。出口的流量低，抽空等为水力故障;泵体密封面、法兰和机械密封等泄漏，轴承箱漏油，轴承过热，声音异常，振动大等属于机械故障，泵发生了故障应当及时排除，否则便会加快机泵损坏。

2.1 抽空的原因分析和对策

2.1.1 特殊的低温介质，有效汽蚀余量低，介质易汽化造成乙烯输送泵易抽空的特性

在乙烯球罐中，乙烯介质温度-39～-27℃，压力1.6～

2.0MPa，液面上的压力是饱和蒸汽压。对于一般常温液化烃球罐可采取一些措施提高泵的有效汽蚀余量，如采用汽化器增压，将氮气充人球罐内增压或提高储罐安装高度等。

但对于乙烯球罐，采用增压器或向球罐内充氮气，会使低温球罐的温度和压力变得不稳定，易引起球罐超压，提高乙烯球罐安装高度投资太大。立式筒袋泵必需气蚀余量比常规泵的气蚀余量小，且常埋于地下，容易保温，且不易受到外界环境温度变化影响。

2.1.2 乙烯出料罐切换时，管线积累的乙烯气和泵入口形成湍流造成乙烯输送泵抽空

管道积累乙烯气是引起泵抽空的主要原因。在管线停用期间，液相乙烯吸收环境热量而汽化生成乙烯气。当乙烯罐的出料罐切换时管线内积累的乙烯气相被冲入外送泵内时，乙烯输送泵泵就会抽空。

旧罐区4台罐的出料线汇合到乙烯输送泵的入口管线上，在其中一个罐出料时，另几个罐的出料线处于停用状态，管内积累大量乙烯气，在切换出料罐时，这些管道内生成的过热乙烯气相被冲入外送泵内，而泵的排气线无法在短时间内将大量气相排出可能导致泵抽空。形成湍流是引起抽空的另一原因。

旧罐区4台乙烯球罐设计时将进料管线和出料管线线并为一条管线进入乙烯罐，进行出料罐切换时，出料罐一般会选择正在进料的乙烯球罐（正在进料的球罐液位高，其余球罐为备用或不合格罐），此时乙烯出料管线和进料线联通，乙烯输送泵入口管线物料扰动，形成湍流，可能造成乙烯输送泵抽空。

新罐区两台乙烯球罐设计采用进料管线和出料管线为两条独立管线进入乙烯罐。在正常生产中采用边进边出的操作，不用切罐，也不会在乙烯输送泵入口管线形成湍流;乙烯气也就不会被冲人乙烯输送泵，避免了由于切罐造成的乙烯输送泵抽空的风险。

2.1.3 乙烯球罐压力低、液位低，造成乙烯输送泵抽空

一般在停车检修时，烯烃分离装置停车后，聚乙烯装置继续运行降低乙烯罐存。此时乙烯罐每小时被抽走40t乙烯，液位逐渐降低，罐内气相空间越来越大，乙烯罐靠吸热而生成的气相不足以弥补这部分空间，罐压逐渐降低。

根据操作经验，当乙烯球罐储量低于150t或者压力低于1.5MPa时，乙烯输送泵发生汽蚀，导致抽空，乙烯送料中断。通过乙烯汽化器出口接了一条管线至乙烯球罐进料线上，为乙烯球罐充压，单球罐罐存降至10t以下时，仍然可以保证1.8MPa的压力，保证乙烯输送泵正常运行。

2.1.4 乙烯输送泵负荷大范围波动，造成乙烯输送泵抽空

乙烯泵的操作负荷为额定流量的25～110%，绝对不允许大于110%，若小于25%负荷时一泵运行不得超过1min。聚乙烯装置进料量波动，乙烯输送泵出口流量忽大忽小。流量增大，装置汽蚀余量减小，发生严重汽蚀，导致乙烯输送泵抽空。流量减小，节流损失转为热能，泵内乙烯温度升高氣化，产生乙烯气不能及时从排气线排出造成乙烯泵抽空。泵入口过滤网堵塞，泵的性能下降，出口负荷没有变化，相当于增大乙烯输送泵的负荷，也将导致抽空。

2.1.5 乙烯球罐充压，造成乙烯输送泵抽空

在乙烯进料量低于乙烯球罐采出量时，乙烯球罐压力降低，通过乙烯气相平衡线给球罐充压。泵的排气线接到了乙烯精馏塔到乙烯罐的气相平衡线上，不是接入罐顶，而是在乙烯下部管廊碰口。在乙烯输送泵平稳运行的时候，因为泵排气线很细并且安装有限流孔板，而乙烯气相线相对较粗，乙烯液相在管线内气化，在乙烯输送泵排气口的压力就是罐顶压力，靠球罐静压差乙烯气很容易排出乙烯输送泵。当乙烯球罐充压时，因为气相的平衡压力远远大于球罐压力，泵的排气线就成了进气线，大量气相被倒压进泵内，乙烯输送泵便会是抽空。正常生产时，保证气相平衡性投用，维持乙烯球罐压力平衡;乙烯球罐需要充压时，采用乙烯塔气气相阀门控制充压流量，严禁使用罐顶阀门限流，严格控制充压速度，降低气相平衡线与球罐压差，便可有效防止乙烯气倒灌入泵内，造成乙烯输送泵抽空。

2.2 乙烯输送泵发出噪声，轴承发热。

乙烯输送泵发出的噪声，轴承发热是设备故障的前兆，由于机体基座固定件松动，泵轴和电机轴不同心，轴承润滑不良，轴承磨损，轴承箱冷却水不畅 。针对以上的故障，应当根据实际情况，巩固机体基座，检查对中性，定期检查机泵振值大小，检查轴承箱润滑油系统的工作性能，油质、油量和油温，保证轴承油杯的油位正常;定期检查清理轴承箱冷却水管线，保证投用正常。

2.3 乙烯输送泵转子窜动过大，平衡鼓与平衡鼓套磨损、损坏

乙烯输送泵在运行的过程中，出现转子窜动过大的情况，可能是泵轴平衡鼓与其鼓套磨损、损坏。平衡鼓与鼓套靠介质润滑，乙烯润滑性能差;泵出口阀门的开度小，节流损失转为热能，液体温升使部分液体泄漏到平衡室低压区蒸发成气体，失去润滑作用，运转时产生的磨损;鼓与鼓套受热膨胀，径向间隙变小。当流量小于泵的设计流量时，叶轮轴受到径向力，鼓与鼓套中心偏移。针对这种故障，操作人员必须按照规范操作，同时也要检验平衡盘的质量，检修更换磨损平衡鼓与平衡鼓套。

2.4 乙烯输送泵机械密封结冰，导致泵轴无法转动。

乙烯输送泵输送介质温度在-30℃，机械密封处无法加装保冷，将空气中的水分凝结，使机械密封结冰，导致泵轴无法转动。加强机泵巡检质量，定期机泵盘车，及时发现问题，保证机械密封干燥氮气投用正常，便可避免此类故障发生。

3 结论

掌握乙烯输送泵常见故障及处理对于保证装置的安全稳定运行十分关键;注重日常维护保养，及时发现处理缺陷隐患是保证乙烯输送泵稳定运行的基础;促进操作人员技能水平的提升，总结经验制定更多的优化方案和严格的专业操作规程，可以有效提高乙烯输送泵的正常运行质量。

参考文献：

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