锅炉装置高压多级离心泵问题分析与处理措施

黄千里

(河南能源贵州豫能公司 黔希化工 ， 贵州 黔西 551500)

XX型锅炉给水泵是将除氧器来的脱盐水加压经省煤器加热后送入锅炉进行蒸发产生蒸汽，是锅炉装置供水系统核心设备，也是锅炉装置安全运行的保障。该泵是由汽轮机驱动，在汽轮机单试工作结束后，进行联动试车，在启泵运行时正常。当转速升至2 300 r/min时，汽轮机轴封漏气量增大，现场操作人员选择紧急停车，现场工艺人员急停后水泵盘车有摩擦、卡涩现象，并且伴有轻微的异常声响，为消除以上故障决定对该泵进行解体大修。

1 锅炉给水泵的设计指标及结构特点

XX型高压多级离心泵是德国 KSB 公司累积多年经验所研究开发的先进、完善的高压多级离心泵系列产品。XX型水泵设计流量：270 m3/h，扬程1 500 m，转速2 985 r/min。泵中段与中段之间依靠金属硬密封配合，即依靠锻钢金属面之间的加工精度来配合，之间无密封圈等易损件，杜绝级间泄漏的可能，而铸钢件无法达到该效果，进、出水段及中段采用整体式的锻件，密封性能由精密的机械加工来保证，密封安全性高，既保证了零件的承压等级，又避免了产生泄漏的现象。高压多级离心泵结构图见图1。

从总体上看，高压多级离心泵主要零部件有：进水段、中段、出水段、叶轮、密封环、机械密封、轴向力平衡装置和轴承、节流套等。给水泵是由14个叶轮依次串联，通过键连接安装在同一根泵轴上，每个叶轮都有一个与其对应的导叶轮，每级导叶轮与泵轴套处均有一个密封环，起到级间密封作用，泵轴两端有滑动轴承支撑在轴承箱体上，两端均有轴封装置，防止介质往外泄漏或者空气进入。由于所有的叶轮都朝向一个方向排列与轴上，每级叶轮均有一个方向一样的轴向力，逐级相加的轴向力都作用在平衡盘上。

图1 高压多级离心泵结构图

平衡盘装置平衡转子的轴向力：平衡盘能平衡 100%轴向力，采用平衡盘结构，还能减少泵的泄漏量，提高泵的效率。

2 锅炉给水泵存在的问题

第一次启泵抱轴：汽轮机单试成功后的联动试车时发生的，连续缓慢升速2 h，升速至2 300 r/min。汽轮机后端汽封处泄漏出一股蒸汽，操作人员在慌乱中拍下急停开关，机组很快(大约5 s)停止运转，停下后盘不动车，冷却2 h后用长F板子可盘动，但有卡涩现象，脱开联轴器汽轮机盘车顺畅，但是泵盘车有卡涩现象。

泵解体后第八级叶轮和中段口环密封处有摩擦、拉伤现象，其主要原因可能是因为入口介质有硬质颗粒，叶轮和各级中段配合间隙不合适，8级叶轮摩擦较为严重，其余各级都有轻微的拉伤，当时只对叶轮口环和中段口环处用砂布处理，测量口环间隙为0.35 mm，叶轮口环间隙过小，试车失败。

第二次启泵抱轴：试车前汽机和泵单个盘车都没问题，但在准备开车时，进口法兰泄漏热水处理30 min左右，135 ℃的锅炉水已经进入泵进口段，造成进口段和出口段温差，从而出现膨胀差，联动试车转了5圈左右机组就无法转动，停顿了一下又转了4～8圈后停止卡死，机组停下后用F板子盘不动车，试车失败。

3 原因分析

3.1 第一次抱轴

盘车卡涩但有轴向窜动，说明转子与静子摩擦造成，叶轮口环为最小径向间隙，所以盘车卡涩为口环磨损造成。原因分析：①先是小汽机汽封突然漏气，蒸汽在汽封处憋压将汽封破坏泄漏出来，后来经过排查，小汽机汽封排气管线未安装，造成汽封处憋压。②水泵介质含有硬质颗粒进入泵内，因为此水泵为第一次运行，管道内有焊渣、铁锈等硬质颗粒，从而导致泵体动静部分研磨，使泵芯产生卡涩现象。③水泵叶轮口环间隙偏小，也是造成泵转子抱死的原因。④在低转速运行时间过长。⑤没有充分暖泵，泵体和转子受热不均匀。

3.2 第二次抱轴

将联轴器脱开后汽轮机盘车正常，水泵完全无法盘车，等到第二天冷却下来后还是无法盘车，但转子有轴向窜动量为0.8 mm。原因分析：因为转子有轴向0.8 mm的窜动量，而转子在圆周方向仍然卡死，说明转子此时的窜动量只是轴相对于叶轮在窜动，某一级卡死的叶轮并没有动。节流套间隙设计值0.8～1.2 mm，泵轴的窜动量就是节流套的间隙。高压锅炉给水泵出现摩擦、卡涩抱轴现象主要原因：① 泵体前后受热不均匀，导致动静部分相擦；② 轴与轴承、轴承箱同轴度没有调整好，造成转子与泵壳间隙不均匀；③叶轮口环间隙过小。

4 处理措施

①调整轴与轴承、轴承箱同轴度，控制好转子与泵壳的周向间隙。②将叶轮口环间隙放大至0.45 mm。③试车前对入口管滤网进行清洗。④启动前将联轴器膜片脱开，将小汽轮机单机试车，转速升至额定转速后停下来，迅速将膜片恢复后开车。说明书上规定锅炉给水泵不需要暖泵，根据现场泵的开车经验，工艺将会对给水泵进行暖泵，这样可以使泵体及转子均匀膨胀，暖泵时要特别注意进水段、中段、出水段温度相差不大泵体各部分受热均匀。泵一旦启动必须尽快达到1 000 r/min以上，扬程不能小于150 m，避免在低速下长时间运行，造成摩擦、抱轴卡涩现象，试车成功。

5 泵检查情况

泵中段第4级、第11级泵壳为不等厚度，即泵壳正上方比正下方厚度小，第4级0.29 mm，第11级0.31 mm。前后轴承箱也为斜体，即轴承箱端面凸台处上小下大相差0.25 mm，厂家服务人员说进口段和出口段都是斜体。口环间隙检查：百分表法测量0.35～0.49 mm，最终将所有叶轮口环间隙放大至0.45 mm；轴承间隙检查：打表抬轴法0.14～0.15 mm；转子窜量检查：推轴法此泵总窜量5.3 mm，半窜量2.8 mm。

6 泵壳和轴承箱

从结构上分析第4级、第11级和两端轴承箱不等厚度，将给水泵静子整体组合在一起后，静子的中心线是一条向下弯曲的曲线，而水泵转子部件是一个长2 m以上的细长轴。在静止状态下有静挠度存在，转子的中心线也是一条向下弯曲的曲线，从而保证了水泵转动部分和静止部分的径向间隙，避免动静相擦，特别是泵在低转速时转子不与泵壳摩擦卡死。

因为水泵的中段是根据水泵的热膨胀量和挠度而特殊设计加工的不等厚度中段，此种设计可防止泵在各种转速下，尤其是在低转速时转子和静止部件的接触,从而提高了泵运行的可靠性。使转子部件不受温度变化的影响，不易发生抱轴而卡死的现象。同时具有优秀的抗热冲击能力，泵的最高使用温度可达200 ℃。

7 转子的热膨胀间隙预留量

7.1 泵轴的材质与轴上的套装件材质不一样

轴及平衡盘：采用 0Cr17Ni4Cu4Nb(17-4PH)不锈钢材料。

泵体密封环及平衡盘座：材料为德国KSB进口的防咬合RWA350，耐磨损性能更优，即使发生磨损也只会产生细小粉末，不会出现由于采用普通类似30Cr13铬钢与叶轮材料硬度强度相近而产生的点蚀、拉丝甚至是咬死现象。耐磨及防咬合性能优越，部件使用寿命长，使泵运行更可靠稳定。

7.2 泵轴两端均在壳体外边

在热态下泵轴与套装件膨胀量不一样，和膨胀方向相反，且套装件的膨胀量要大于泵轴，所以转子组装时要在转子套装件间留有热膨胀量。

此泵的热膨胀间隙在平衡盘和节流套之间的间隙设计值为0.8～1.2 mm，实际测量值为1.4 mm。热膨胀间隙过大叶轮在轴上有活动量，转子上的零部件不能固定。热膨胀间隙过小在热态下造成转子弯曲变形，动静摩擦损坏设备。

泵轴膨胀量计算方法：①泵轴的材质为不锈钢0Cr17Ni4Cu4Nb，膨胀系数10-6×11.1。②轴长度为1 700 mm(从泵轴死点处计算膨胀量)。③工作温度1 400 ℃。④环境温度200 ℃，2.26 mm。⑤泵轴的膨胀量为2.26 mm，向驱动机方向膨胀。

8 结论

本次锅炉给水泵检修后运行效果比较理想，此次检修经验在以后遇到问题能有效应对，解除了锅炉给水泵对锅炉系统运行稳定的影响，保证了黔希化工锅炉供水系统的安全稳定运行。