WFB立式自吸泵试车故障及解决措施

闫俊杰 吴慧军

中国石化催化剂有限公司长岭分公司 湖南岳阳 414000

1 故障情况

WFB立式自吸泵属于离心式自吸泵,具有一次引流、终身自吸的优点,无密封,故障率低,维护简单。WFB立式自吸泵广泛应用于石油化工、电子电力、冶金、食品、医药、环保、市政、净水、国防军工、纺织印染等行业。

某催化剂生产装置两台WFB立式自吸泵一开一备,试车期间存在吸不上水量,运行时跳闸,过电流等故障。

笔者对WFB立式自吸泵工作中存在的以上问题进行分析,提出解决措施,同时对WFB立式自吸泵的选型与安装提出建议。

2 自吸泵结构

WFB立式自吸泵主要由电机、泵体、叶轮、副叶轮、泵轴、电磁阀等部分组成,泵体内部由吸入室、储液室、气液分离室等组成。WFB立式自吸泵结构如图1所示。

图1 WFB立式自吸泵结构

3 自吸泵工作原理

WFB立式自吸泵首次启动需灌泵,启动后叶轮将吸入室所存留的液体及吸入管路中的空气一起吸入。液体及气体混合介质在叶轮高速旋转产生的离心力作用下,经导叶抛入气液分离室。由于流速突然降低,气体与液体的密度不同,较轻的气体从混合液中分离出并被排出泵外。脱气的液体重新进入工作腔,与叶轮内部吸入管路中的空气再次混合。在叶轮旋转作用下,很快使泵体入口形成一定的真空度,从而达到自吸的目的。由于WFB立式自吸泵具有独特的排气功能,因此能输送含有气体的液体,并且不需要安装底阀。当WFB立式自吸泵运行时,电磁阀关闭,实现密封。停泵后,电磁阀打开,破坏吸入管路真空,防止泵腔内的液体因缸吸作用而从吸入管路流出,使泵腔内始终保存足够的液体来继续完成自吸过程,从而实现一次引流,终身自吸的功能。

4 装置基本情况

某催化剂生产装置有两台WFB立式自吸泵,用于输送洗涤塔喷淋水,型号为150WFB-BD1,流量为120～240 m3/h,扬程为50～80 m,电机功率为55 kW,转速为2 900 r/min,额定电流为98.5 A,进出口管径为DN80 mm。

WFB立式自吸泵为整体立式结构,采用轴垂直方向安装,轴封不易泄漏。密封采用副叶轮密封,运行过程中密封装置不磨擦,无磨损,使用寿命长,设备故障率低,维护简单。WFB立式自吸泵同时还有占地小、噪声低、振动小、拆卸简便、易于安装等优点。但由于WFB立式自吸泵密封处与大气相连,启动时存在液体泄漏的情况,因此不适合输送有毒有害介质。

两台WFB立式自吸泵一开一备,进出口管线均变径为DN150 mm。现场两台WFB立式自吸泵入口共用一根吸入管线,管径为DN150 mm。每台WFB立式自吸泵入口处安装一个DN150 mm闸阀。出口共用一根排液管线,管径为DN150 mm。每台WFB立式自吸泵出口处各安装一个DN150 mm止回阀和DN150 mm闸阀。设备现场安装情况如图2所示。

图2 设备现场安装情况

5 吸不上水量原因分析

两台WFB立式自吸泵试车启动10 min后仍吸不上水量,与厂家联系,认为现场可能存在漏气点,导致WFB立式自吸泵无法吸上水量。经重新更换法兰垫片,仍吸不上水量,试车工作无法进行。

笔者通过查阅相关资料,认为造成WFB立式自吸泵吸不上水量的原因主要有三方面。

(1) 入口管线由DN80 mm变径为DN150 mm,自吸过程中需排除的空气量大,自吸难度增大。通过查阅WFB立式自吸泵的使用说明书,其中要求WFB立式自吸泵入口严禁变径。

(2) 两台WFB立式自吸泵共用一根吸入管线,吸入管线长度增加,弯头增多,进一步加大了入口阻力,导致WFB立式自吸泵自吸难度加大。

(3) 每台WFB立式自吸泵入口有一个DN150 mm闸阀,管线密封点增加,漏气概率增加。当WFB立式自吸泵长期使用后,阀芯开始腐蚀磨损,备用WFB立式自吸泵的电磁阀始终打开,使管线始终处于进气状态,WFB立式自吸泵启动时无法达到自吸效果。通过查阅WFB立式自吸泵的使用说明书,其中建议WFB立式自吸泵入口尽量不安装入口阀。

根据原因分析,对两台WFB立式自吸泵入口管线进行了重新配管,具体方法为每台WFB立式自吸泵单独使用一根DN80 mm入口管线,取消入口闸阀。重新配管后,取消了变径、弯头,减小了入口阻力,同时减少了密封点。

改造后两台WFB立式自吸泵试车均2 min内就可以吸上水量,为后续试车工作提供了保障。

6 跳闸原因分析

解决了WFB立式自吸泵吸不上水量问题后,重新对两台WFB立式自吸泵进行试车,试车时发现无法满足流量要求。WFB立式自吸泵正常运行时,流量要求为150 m3/h。实际试运行时,当流量达到100 m3/h,WFB立式自吸泵出口压力为0.7 MPa,电机电流为96 A,基本达到了电机额定电流上限。进一步开大入口阀,当流量达到150 m3/h时,电机电流为162 A,远超电机额定电流,WFB立式自吸泵运行不到1 min跳闸,无法满足正常生产需要。

通过查阅设计资料,根据设计要求,WFB立式自吸泵设计功率为69.7 kW,实际运行功率为75 kW。设备厂家未按设计要求提供相应规格的自吸泵,是导致设备跳闸和过电流的主要原因。

根据设计资料,解决WFB立式自吸泵过载问题,最优措施是增大电机功率。但增大电机功率需要电机重新制作并安装,制作周期为150 d,同时设备基础、进出口管线、电缆等都要重新布置,工作难度大、周期长。鉴于该催化剂生产装置马上要投料试生产,根据测算,现场实际需要自吸泵扬程为45 m,低于设计的自吸泵扬程。通过计算,车削WFB立式自吸泵叶轮直径以降低扬程,从而降低水泵运行功率,由此满足生产需要。根据计算结果,先后对两台WFB立式自吸泵的叶轮各车削10 mm,车削后重新做叶轮静平衡。

改造后,两台WFB立式自吸泵流量为150 m3/h时,压力为0.4 MPa,电机电流为80 A,水泵扬程降低,设备能够满足生产需要。

7 安装及试车

根据工程设计、现场安装及试车情况,提出以下安装及试车建议:

(1) 选型设计时应仔细核对自吸泵的有限气蚀余量,以确定自吸泵的最大吸水高度,同时应核定自吸泵的功率能否满足生产需要;

(2) 自吸泵入口管路应避免安装底阀,底阀的局部阻力因数为10,会造成入口阻力增大,不利于水泵吸入液体,同时增加了漏气点;

(3) 自吸泵入口管线不应变径;

(4) 一开一备自吸泵入口管线应单独设置,不能并联,并联会增加弯头数量、密封点、漏气点,造成入口阻力增大,不利于水泵吸入液体;

(5) 入口管路弯头应尽可能少,尽量控制在一两个,弯头越多,入口阻力损失越大,有效气蚀余量降低,导致入口管路汽化;

(6) 工程设计时,往往会将自吸泵按普通离心泵设计,在入口处设计底阀、并联使用、变径等,这是错误的做法,应在设计时避免;

(7) 首次试车应充分灌泵;

(8) 冬季停泵后,必须将自吸泵腔体内积液排干净,避免冻坏设备。

8 结束语

笔者通过对某催化剂生产装置两台WFB立式自吸泵试车时存在吸不上水量,运行时过电流跳闸故障的原因进行了分析,提出了改进建议。改进后,设备满足生产要求,为催化剂生产装置正常试生产提供了保障。同时,论述了自吸泵在设计、安装时与普通离心泵的区别,在确保自吸泵选型设计正确的同时,对管道设计及安装提出建议,为今后自吸泵的设计安装提供了借鉴与参考。