炼化企业高速泵故障分析及对策

许 伟

(中国石油天然气股份有限公司广东石化分公司，广东 揭阳 515200)

高速泵因其体积小、质量轻、流量小、扬程高、运转平稳，在石化等企业得到广泛应用。高速泵的基本工作原理与普通离心泵类似，所不同的是，高速泵利用增速箱(一级增速或二级增速)的增速作用，可使工作叶轮获得数倍于普通离心泵叶轮的工作转速，通过提高叶轮转速，可加大叶轮外沿的流体线速度，达到提高扬程的目的，消除了大部分多级泵的缺点。机泵为整体结构，能设置在任何场所。在低速轴轴端安装内置齿轮油泵；油泵将箱体润滑油加压送至各高、中、低速轴承的喷油嘴；喷油嘴向轴承注油确保轴承润滑。在石化企业中，这类设备所占的比例不大，但对装置生产的影响却很大。

1 典型故障描述

在炼化企业，高速泵常应用于聚丙烯和气分车间，其优良性能在运行过程中得以充分发挥。但高速泵的故障也时有发生。聚丙烯的拔头油泵为卧式单级单吸高速离心泵，转速为7 330 r/min，额定流量为50 m3/h，扬程为150 m；入口压力为1.0 MPa(表)，出口压力为1.5 MPa(表),操作温度为常温。在生产运行过程中，该泵出现泵体振动大、响声异常且伴有密封泄漏的现象。解体检查发现：密封轴套边缘金属发生堆叠，高速轴在定位轴承安装位置发生扭转断裂(见图1)，断裂部位安装的两套7208C轴承烧损，高速轴与低速轴的齿轮磨损严重，其中高速轴局部的齿已完全被磨削掉，此种磨损情况极为少见；低速轴的轴承亦有磨损(见图2)，但相比高速轴轴承相对轻一些，检查机泵轴承箱壳体内部，有残存的磨削铁屑存在；轴肩磨损部位发蓝(见图3)，轴承内隔圈表面有黑色的结焦，外隔圈表面有拉伤的痕迹，表面金属有堆叠，端面注油孔局部堵塞；机械密封静环压盖内有磨损(见图4)，其中有磨削铁屑和保持架的磨损碎屑存在。

图2 低速轴的轴承磨损

图3 轴肩磨损部位发蓝

图4 静环压盖内有磨损

2 故障原因分析

2.1 润滑系统的影响

此高速泵采用压力油强迫润滑。润滑油系统包括内置齿轮油泵、油路、喷油嘴、泵体油箱、过滤器和冷却器。齿轮油泵和电机同步转动，润滑油从油箱里抽出后经冷却器和过滤器，并通过分配器对高速轴、低速轴两端的轴承以及齿轮啮合面进行喷溅润滑，润滑后的回油分别回到齿轮箱油箱，并经齿轮箱底部回到位于底座里面的油池循环使用。

2.1.1 机泵润滑不良

机泵在冬季运行时，由于气温比较低，造成润滑油的粘度增大。正常情况下，油温应保持在50～70 ℃之间，油温太低会使油变稠，不利于油泵的正常工作，导致供油系统受到影响，轴承、齿轮润滑出现润滑不到位现象；在夏季或环境温度较高时，油温太高会使油粘度降低，油变稀，导致油压低，使得运动部件内部形成不了均匀的油膜。另外，润滑油由于长期使用，会出现变质的情况，油质较脏，其中的杂物堵塞了油泵的进口过滤器，影响润滑油的供给。油泵在这种情况下运行，极易发生抽空现象，导致轴承在无润滑的条件下高速运行，瞬间就会造成烧毁。

2.1.2 油压分配器的影响

该泵高速轴中间部位串联安装两套7208C推力球轴承，在两套轴承之间有内、外隔圈。外隔圈有轴向注油孔，主要作用是给这两套轴承分配注油，可作为油压分配器。分配器油压在0.15～0.80 MPa之间则为合格。同时内、外隔圈还起到调整两套轴轴向间隙的作用。在运行过程中，外隔圈端面拉伤， 表面金属堆叠， 端面注油孔局部堵塞，且外径磨损较严重，与轴承仓的尺寸相比小2 mm 左右，因此造成外隔圈下落，相应部位的注油孔被轴承外圈压住，润滑油无法均匀注入到轴承中，导致轴承出现故障。

2.2 机泵轴向力增大的影响

机泵运行时轴向力增大，轴承所承受的轴向负荷增加，加速了轴承的磨损，当达到一定的承受极限时就会发热烧损，进而导致齿轮和轴的损坏。

造成机泵轴向力增大的原因有以下几点：

1) 操作介质的组分比先前的轻质油重，机泵运行时负荷增加，轴向力增大。

2) 机泵在开机时，出口开度过大，瞬间导致机泵的进出口压差过大、轴向力增大、机泵负荷增加。高速泵切换操作时要保证泵的最小流量，否则泵内液体在叶轮高速旋转下，内部介质汽化引起振动，造成密封损坏；起动时出口阀不能全关，留1/3开度，避免阀门关死后起泵时来不及顺利打开，造成系统汽蚀或振动，从而对泵轴承、齿轮以及密封等造成严重损坏。

3) 机械密封的安装影响。该泵曾进行机械密封的改造，改造前的密封是两套机械密封、一套迷宫式密封混合安装。在高速轴变速箱端安装一套机械密封，防止润滑油泄漏到泵体当中；变速箱与泵体之间安装的是迷宫式密封，进口段安装的是机械密封，防止介质向外泄漏。在机械密封改造时，更换了新的改造过的泵体；密封安装时，将原来安装的迷宫密封改为机械密封，机械密封的压缩量按照密封生产厂家的要求控制在2.6～2.8 mm。经分析判断，按照此要求安装，密封的压缩量过大，会对转子产生较大的轴向力【1】。

4) 轴承外隔圈厚度磨损减薄，且厚薄不一致，所以导致靠轴肩部位安装的轴承承受轴向力较大，磨损严重，起不到良好的定位作用。同时外隔圈端面注油孔局部堵塞，影响润滑。

2.3 配件更换的影响

对于齿轮传动设备的修理， 在配件更换上要求成对进行， 而此泵在前期修理过程中， 因无新低速轴， 只更换了新高速轴及轴承。由于低速轴齿轮已运行了一段时间， 齿轮有磨损和变化， 与新更换的高速齿轮配合有一定的间隙，相互之间啮合不好， 造成齿轮磨损生成铁屑； 铁屑进入到轴承滚道后， 使轴承发生磨损； 轴承磨损到一定的程度后烧毁， 失去定位和支撑作用， 进而造成高速轴温度升高， 在低速齿轮的带动下， 将高速轴扭断。

设备机械故障的发生，往往不是单方面原因造成的，而是各种因素综合作用的结果，所以要针对运行状况和故障现象综合分析解决【2】。

3 故障排除对策

1) 检查清理外接油路使之保持通畅。清理润滑油箱，发现润滑油由于长期使用，油质较脏，油泵进口过滤器表面附着杂物较多，影响润滑油的供给。重新更换了新的润滑油，同时更换润滑油箱的过滤器和润滑油泵进口的过滤器。启动润滑油泵进行循环，将润滑油泵出口油压调整为0.45 MPa，这是机泵正常运转时的油压。

2) 对轴承箱进行检查，发现仓内有局部的拉伤和金属堆积。手工修复仓体的拉伤部位(见图5)，清除仓体内的金属堆积物，避免轴承安装后对轴承的游隙造成影响。

图5 修复的高速泵变速箱轴承仓

3) 机泵转子安装到位后，转子轴向串量严格遵照相关安装标准规定控制在0.20 mm【3】。

4) 选用合适的机械密封。经比较,国产的机械密封比国外的机械密封在材质和结构上均略逊一筹。采购高速泵机械密封(见图6)时，应按高标准要求供货方，并加强进货检验。建议采用模拟试验确定各参数状态，以确保机械密封的高可靠性。将次泵机械密封的压缩量控制在2.1～2.2 mm，以减少轴向的压力【4】。

图6 高速泵机械密封

5) 更换内、外隔圈并计算测量内、外隔圈尺寸，使两套轴承所受轴向力均匀。对外隔圈的轴向注油孔进行了扩孔处理，同时在内隔圈上加了0.10 mm的调整垫片，调整了轴承外圈的轴向间隙并且将外隔圈的轴向注油孔进行斜向扩孔，以便于润滑油对该套轴承的注入更流畅；取下了内隔圈上安装的调量垫片，使转子产生的轴向力均匀分布在两套轴承上，避免因轴向力集中在一套轴承上，造成单套轴承烧毁的现象。

6) 对磨损的配件(高、低速轴及全部轴承)进行更换。装配前加强检验，严格控制质量，核对装配尺寸；装配时应注意调整，保证润滑系统工作正常，以使轴承得到充分润滑【4】

7) 机泵转子安装到位后，转子轴向串量严格遵照相关安装标准规定控制在0.20 mm。

4 结语

设备在高速运行过程中，工况非常复杂，受各种因素的影响。维修质量、零配件质量、介质的性质、润滑、冷却、操作等多方面联合作用决定着其使用寿命。工艺波动、日常维护和操作不当，都可能导致设备发生严重的故障，影响生产的正常进行，从而造成很大的经济损失。所以要提高检修质量、合理操作，才能保证设备安全、平稳、长周期运行【5】。