加氢装置高温屏蔽泵故障原因分析及改进措施

陈岩

（中国石油大庆石化公司,黑龙江 大庆 163714）

0 引言

屏蔽泵是一种无泄漏泵，由于其无机封和轴承箱，电动机与泵采用一体化结构设计，泵轴完全封闭在屏蔽套内，变动密封为静密封，全部的静密封使得屏蔽泵完全无泄漏。在石油化工生产装置中屏蔽泵适合于输送易燃、易爆、易挥发、有毒、有腐蚀的流体介质，彻底解决了化工生产过程中容易出现的“跑、冒、滴、漏”问题，使得生产过程较为安全环保，因此被广泛应用于各类石油化工生产装置，尤其是生产装置中输送易燃易爆流体介质的场所。某石化公司裂解汽油加氢装置在设计阶段及泵选型过程中，充分考虑到介质内含有苯、汽油等有毒有害物质，采用无泄漏泵可以很大程度上避免此类物质泄漏造成的影响，因此主流程泵全部选用由大连梯克公司生产的屏蔽泵，其中一反循环液泵由于操作温度、压力较高（101 ℃，5.5 MPa）选用的是高温外循环型屏蔽泵，此泵在生产过程中发生多次损坏情况，本文对出现的故障进行了详细分析，提出合理的改进措施和维护要求，有效地保障了屏蔽泵的长周期稳定运行，提高了生产效率。

1 高温屏蔽泵的结构简介

与普通屏蔽泵相比，高温屏蔽泵最大特点为高温屏蔽泵设立了独立的循环冷却系统，利用此系统内的冷却器保障电动机与滑动轴承在运行过程中产生的热量能及时被公用工程系统提供的冷却水吸收、带走并通过凉水塔将热量散发出去。根据运行时温度的高低不同，泵本体分成两大部分，即高温部分与低温部分。如图1所示，泵体与电动机定子通过中间体连接，叶轮与泵体组成“高温腔”，副叶轮、热交换器与电动机组成“低温腔”，高低温两腔的温度不同，流通的介质相同。“高温腔”靠主叶轮将工作介质从泵的入口经叶轮输送到泵的出口;“低温腔”靠副叶轮进行循环[1]。

图1 泵循环冷却系统剖面图

2 加氢装置高温屏蔽泵的故障分析

2.1 泵的故障表现

车间技术人员在生产装置日常巡检过程中发现反应循环液A泵后侧压盖处有汽油呈小股喷出，现场有毒气报警器报警，机泵振值较高且有异响，随机通知操作人员到现场进行处置，组织操作人员进行机泵切换，并对A泵进行倒空、氮气置换等操作，随后交由动设备检维修人员进行解体检修，同时联系电气专业人员对该泵电动机线圈进行绝缘测试，发现对地阻值为零，结果为测试未通过，说明电动机线圈已损坏，根据屏蔽泵结构可以初步判断泵输送的介质已经进入到线圈内，致使线圈损坏，而介质一旦进入到线圈就说明用于封闭介质的定子屏蔽套已经出现泄漏。

经解体发现以下情况：泵定子线圈接线端子处存有介质，绝缘层橡胶失效金属线裸露在外，如图2所示；转子两侧碳化硅轴承、金属轴套磨损严重，碳化硅轴承碎裂，推力盘推力片（非金属）断裂,如图3所示。定子屏蔽套存在磨损裂纹，非驱动侧磨损严重，与之对应的转子屏蔽套同样存在严重磨损痕迹，叶轮及副叶轮无明显磨损，如图4所示。滑动轴承组件中的支撑轴承发生碎裂，如图5所示。在副叶轮入口及前盖板表面有大面积坑点状情况,初步认为存在汽蚀现象，如图6所示。

图2 绝缘层橡胶失效金属线裸露在外

图3 滑动轴承组件（推力盘）断裂

图4 定子屏蔽套产生裂纹

图5 滑动轴承组件（支撑轴承）碎裂

2.2 屏蔽泵故障原因分析

由图6可以看出，副叶轮入口及前盖板存在轻微汽蚀，证明此处介质存在极其微量汽化的可能性，由于根据泵的结构原理可以得出此处压力高于泵入口压力，按照饱和蒸气压定义可以推断出，此处理论上没有存在介质汽化的可能，那么此处气体有可能为经过一段反应器加氢后介质内存在过量的氢气，这部分氢气随着压力及温度的变化缓慢析出。析出的氢气进入低温腔，由于低温腔介质独立循环，氢气会随着介质在腔内循环并不断累积，无法排出，长时间运行会导致轴承润滑不良造成轴承损坏。下面对屏蔽泵发生故障的原因进行具体分析。

图6 副叶轮前盖板表面有气蚀

2.2.1 排除泵缺少介质引起的故障

在生产过程中，工艺操作方面对高温屏蔽泵运转影响的最大因素是缺少相应的润滑介质，而润滑介质就是泵所输送的介质，泵用输送的介质对电动机和轴承高速运转产生的高温进行冷却润滑，一旦出现缺液现象，将直接造成轴承的温度过高和过度磨损，甚至造成屏蔽套的泄漏[2]。而造成缺液现象的原因主要有以下两种：

1）机泵入口过滤器发生堵塞或者供料不足。而这种情况从工艺流程上可以直接否定，因为在装置正常运行时泵入口缓冲罐为满液位操作，而且在泵损坏后清理入口过滤网发现内部无任何杂质。

2）泵体内介质存在汽化现象。在装置设计之初设计人员就根据介质的性质、工况等考虑选择哪种构造的泵，避免介质在泵体内汽化是所要考虑的主要情况，并且不论是从介质温度还是压力都未达到额定参数，加之泵出口流量一直非常稳定。因此，在正常情况下，介质不会在泵体内汽化[3]。

2.2.2 低温腔循环流程通畅

如图1所示，低温腔内介质经副叶轮增压后分别经过前滑动轴承组件、转子定子屏蔽套之间、后滑动轴承组件，然后经过自身冷却器与循环水换热冷却后进入泵内参与循环。循环过程中介质作为泵体电动机的冷却和滑动轴承自身润滑使用。

现场对冷却器出入口及泵外侧相关各管线进行检查，未发现堵塞节流现象，所有管路通畅（另外泵体轴承部位测温点均为50 ℃左右），可排除内外循环管路堵塞造成的润滑不良的情况。

2.2.3 介质溶解度的变化引起气体的积聚

该泵输送的介质——反循环油主要由加氢汽油及加氢反应过剩氢气组成，在压力与温度一定的情况下介质形态为液态，与其它液体介质类似，一旦温度或压力发生改变，气体在介质内的溶解度随即发生改变，如图7所示，气体的溶解度随着温度是升高而减少，随着压力的升高而增加。

图7 气体在液体内溶解度曲线示意图

结合此高温屏蔽泵的结构可知，介质由高温腔流向低温腔时需要经过连接体内的流道，而两腔之间的流道为圆形的限流孔，通过限流孔进入副叶轮前的介质会在瞬间发生压力降低的情况，介质经副叶轮后进入到滑动轴承组件及定子、转子屏蔽套之间的间隙进行润滑与降温，使得介质的温度进一步升高。经过上述过程后介质内的气体将有少量的析出并与介质一同在低温腔内进行循环，长周期运行后低温腔内的气体会逐渐累积。而累积的气体将随着介质在低温腔内进行循环，这样在流经轴承间隙时就会使轴承部分位置产生缺液的情况，轴承也就会产生部分磨损，随着时间的推移，轴承的磨损程度将随之加大，由损坏程度可以看出非驱动端轴承磨损较为严重，而非驱动端轴承损坏后将破坏泵原有的轴向力平衡，造成向前的轴向力增大，润滑的液膜会被破坏，导致前轴承推力盘磨断，当磨损进一步加剧，磨损产生的颗粒物进入到屏蔽套间隙内，造成屏蔽套损坏，阻碍了润滑介质的流通通道，致使径向轴承与轴套磨损加剧，一旦发生轴承磨损，如果没有及时发现和采取防磨损措施，将会造成机泵很快损坏[4]。

3 改进措施

3.1 增加气体排放线，防止气体聚集

此次泵损坏主要原因为输送介质内有气体析出，而从工艺方面无法进行改进，唯有将介质内析出的气体及时排出，防止析出的气体大量集聚，进而降低轴承缺液的概率才能保障泵的长周期运行，由于从目前分析可以得出介质内气体的析出量比较少，在低温腔内积聚成大量气体的时间也会需要很长，因此定期进行人工排气也是保证泵长周期运行的手段之一，目前现场已经在低温腔的冷却器高点排放处配置了一条固定排放管线，规定操作人员每3个月进行一次排气操作，这样可以最大程度上防止气体的聚集，同时为防止在排气过程中对泵运行时的轴向力产生影响，故在管路上增加限流孔板以控制排放过程中的流量。

3.2 增加轴向力在线监测器

本次故障未能及时发现的原因之一就在于没有足够有效的手段来提前预判轴承的磨损程度，泵体振速及温度都无法直观反映出泵在故障发生前的状态，因此在泵内部增加可以检测轴向力的监测器，如安装机械式的轴承检测器，该检测器由感知危险的测量表头和封入压力的探头构成，在泵运转过程中，轴承发生异常磨损或转子、定子屏蔽套发生腐蚀时探头部分破损，封入的气体放出，表头的压力下降，指针指向显示危险的红色指示带。这样就可以直观地发现泵内部轴承存在的问题。

3.3 合理优化此类型泵的日常操作

根据该屏蔽泵的运行特点及故障特点需注意以下几点：一是严禁灌泵不合格启泵，并使泵体温度和输送介质温度接近，高温泵灌泵需要一段时间，开车前需点动排气，保证灌泵充分；二是严禁输送介质温度超过允许的最高工作温度值，泵体温度超标时，应停车检查，要充分考虑液体的气化程度大小，否则作为冷却循环的那部分液体一旦气化，会形成气堵，导致冷却效果变差而损坏轴承及其它部件[5]。

3.4 屏蔽泵在使用过程中日常维护的标准要求

在生产过程中，要加强屏蔽泵的日常维护，按照设备维护手册进行日常维护：1）在设备日常维护中要做到屏蔽泵设备标牌清晰，屏蔽泵泵体表面没有杂物、灰尘、油垢等，保持屏蔽泵周围环境清洁干净。2）要仔细查看屏蔽泵上面TRG表的指示值，确定其是否在工作允许范围内。3）在日常巡检过程中要检查屏蔽泵有无异常振动情况，有无异常声音，发现异常振动问题要立即上报设备管理部门。4）在巡检过程中，要按时检查流量、压力和各部位的温度是否正常，有无异常指示和剧烈波动，并将各参数值做好检查记录，做好日常数据的对比分析。5）检查屏蔽泵冷却系统管路和液体循环管路，确定管路是否畅通，有无管路堵塞问题，确定其是否达到设计的使用要求。循环管对电动机冷却有着非常重要的作用，并输送液体对轴承进行润滑与冷却。6）要经常检查各紧固部位的螺栓，确定其是否有松动现象，及时进行紧固加固，避免螺栓松动后产生振动故障问题。7）巡检中要注意检查屏蔽泵各个密封部位有无存在“跑、冒、滴、漏”的泄漏情况。

4 结语

通过对裂解汽油加氢装置中高温屏蔽泵损坏故障的分析，综合生产装置影响因素，找到了高温屏蔽泵发片故障的具体原因，最终提出了相应的改进措施和维护要求。通过采取合理优化高温屏蔽泵的日常操作和改进措施，降低了高温屏蔽泵生产运行的故障率，提高了高温屏蔽泵的生产效率，保证了生产过程中高温屏蔽泵维持长周期运行状态，减少了检维修费用和降低生产成本，确保加氢装置的安全平稳运行[6]。