浅谈空分储槽活塞式低温液体泵的维修

张洋洋

（新余钢铁集团有限公司，江西新余 338001）

0 引言

新余新钢气体有限公司共有5 套空分装置，制氧机的配置为3套25 000 Nm3/h、24 000 Nm3/h 和16 000 Nm3/h 的各1 套；储槽的配置分别为2000 Nm3、1000 Nm3、500 Nm3，储槽共配备12 台活塞式低温液体泵，液氧低温液体泵、液氮低温液体泵和液氩低温液体泵各4 台。为满足公司正常生产，当管网压力过低时经常需要开泵汽化，泵的出口压力为2.0 MPa，通过汽化器汽化后进入管网、送入各个下一道工序。

低温活塞式液体泵主要由电机、皮带轮、传动箱和泵头组成，泵头泵驱动端将电机的旋转运动转变为往复运动，并将电机的输出功率传递给泵头压缩端；电机通过皮带轮、偏心轮、连杆和十字头等部件来完成功转换。泵头液力端由缸套、缸体、活塞组件、密封器、排液阀组成，其主要部件均为不锈钢材料制成。

1 低温液体泵汽塞的原因及解决方法

实际生产过程中，在启动泵时操作人员经常发现泵打不到液体，查看DCS 中泵出口流量的数据，发现没有流量或流量较少，现场泵也没有听到打到液体的声音，基本上可以判断泵发生了汽塞故障。泵发生汽塞的原因主要有以下3 个：①泵预冷不到位，泵还处于热态；②泵进口管设计不合理，或没有进行保温，导致液体进口管汽化过大；③泵的回汽管设计不合理，导致回汽不畅，发生汽塞，这也是泵发生汽塞的主要原因。

（1）针对第一个原因，启动泵之前必须预冷，液体一点一点地进入泵内，缓慢冷却降低泵内温度，此时可以打开排气阀，使泵冷却加速。这一步操作通常需要0.5 h 左右，泵才可以完全冷透。

（2）对于第二个原因，在安装泵的初期时，泵的进口管路不应设计过长，以减少管路的冷损。泵最好安装在储槽下方，泵进口管道应按照流量大小合理选用管径，为了防止管道应力作用于泵体和预冷后管道冷胀冷缩，进出口管路一般采用金属软管连接。配管时应严格按照厂家提供的数据进行，进口管应该与之连接的管道朝泵进口方向（向下）有不小于5°的倾斜，且不能小于泵吸入接口的直径。同时泵的进口管全部进行保温处理，以进一步较少液体汽化。

（3）对于第三个原因，由于在安装泵时的各种原因，造成泵回汽管设计不仅过于复杂、管路过长，还存在“几”字形设计（图1），回汽原本从1#处进入回汽管回储槽，但是到2#处时汽体往上走，对1#处来的汽体产生阻力，导致泵回汽不畅，经常发生汽塞，严重时需要专人在回气管外排阀排液排汽，浪费大量液体和人力资源。在安装回汽管路时，贮槽回汽管路的管口直径应与泵的回汽接口直经一样大，如果接口直径不同则应采用锥形缩节过渡连接，泵与贮槽回气管路间应没有虹吸现象，管路必须保持连续的向上倾斜，以避免产生气阻现象。后来通过管道改造，回汽管少走弯路，走最短路缓慢向上线爬坡回储槽，避免“几”字形设计。经过现场实践改造成功，泵在预冷后正常开启，回汽管上外排阀可以完全关闭，同时回汽管回储槽的阀门微微打开，使得管路冷损导致的液体汽化量回储槽。另外，考虑到管路汽化引起的冷损，回储槽的回汽管也要有保温措施，并在泵的出口管上安装安全阀，防止管道超压引发事故。

图1 回汽管的“几”字形设计

2 低温液体泵的常见故障及排除措施

2.1 流量不足或无流量

针对三缸活塞式低温泵，在相同转速下发现泵开启后流量不足，如果通过DCS 显示的流量总量计算出只有两个缸的流量，表明其中一个缸没有打到液体，这种情况一般考虑为出口处排液阀故障，可能是在上次检修时管道进入了湿空气，而再次开泵前没有加温透彻，导致泵预冷后在排液阀处结冰导致排液阀不能正常开启关闭。在加温透彻的基础上也可能是排液阀本身故障，如排液阀弹簧失效、排液阀密封面损坏等，此时只需拆下止回阀阀座、检查止回阀，必要时可以进行更换。

如果是活塞式低温泵的出口压力正常、无流量问题，考虑为泵出口进汽化器总管上止回阀故障，进行复热后只需拆开止回阀检查便可。

2.2 泵密封组件经常性损坏

低温液体泵长时间运行时，开槽螺母密封处温度较低，湿空气在此处容易结冰，结冰后既容易使活塞杆损坏和密封填料失效而导致漏液，也冻结润滑油使润滑油失效，泵发生故障。根据现场运行情况，在此处引入一股干燥氮气吹扫，但是此处上方还会有湿空气进入，且此处是检修口，于是在开槽螺母检修口盖一块可拆卸有机玻璃（图2），这样使干燥氮气可以单方向吹扫，开槽螺母检修口湿空气减少，气温较低时也可长时间开泵。设置干燥氮气后开槽螺母检修口不结冰，有效保护了活塞缸和密封组件。经过实践证明，原来2～3 个月更换一次密封组件，经过改造可以延长至6 个月更换一次。同时，检修后的低温液体泵应进行加温透彻后再预冷，防止预冷时泵内部结冰损坏活塞杆和密封组件。

图2 干燥氮气吹扫和有机玻璃密封

2.3 泵出口压力不足

泵开启后，出口压力表显示压力不足2.0 MPa 的问题，主要原因有：泵未充分预冷，泵内有气体，产生气蚀；进液管线跑冷辐热严重；储槽液位过低，达不到泵所需要的静压力；泵前管道有异物，使过滤网堵塞，影响液体的吸入；进液阀DU 轴承损坏，阀杆磨损，使阀杆卡死、跑偏、排液阀工作失常，泄漏严重；泵的速度过低；管网泄漏，导致无法升压；气缸拉毛，活塞环、导向环磨损严重；泵活塞余隙容积过大等。需要注意的是，在调泵的余隙容积时，检修人员应严格按照泵检修说明书进行，一般情况下活塞式低温液体泵余隙容积为1～2 mm，检修人员检修低温液体泵后必须进行盘车，避免活塞杆顶缸损坏设备。如果是三缸活塞式低温液体泵，还应将3 个缸的余隙容积调为统一数值，使连接活塞的曲轴箱受力平衡。另外，出口压力不足还有可能是泵本身机械故障或其他原因引起的。

3 低温液体泵的点检与检修

低温液体泵能否长期稳定运行，日常的点检工作极为重要，只有及时发现问题才能尽快解决问题。日常点检的内容主要有：①曲轴箱油位是否在正常位置；②油封处是否漏油，密封处以及各法兰连接处是否漏液；③活塞杆连接螺杆上的并紧螺母是否松动，一旦发现松动此时应及时处理，否则极易发生顶缸；④连接皮带是否有断裂；⑤检查电磁调速电机及泵体是否有异响；⑥开槽螺母是否松动等。

此外，还应对低温泵定期进行更换备件和维护保养，如更换曲轴箱润滑油、活塞环、皮带、导向环、密封圈、压紧圈以及电机轴承添加油脂、利用停泵机会检查过滤网等，防止过滤网损坏杂质进入泵内，导致泵不能正常运行。

长时间运行后，如果泵发生漏液或压力不足等情况，活塞式低温液体泵则需要大修，一般需要更换所有的活塞环、导向环和四氟填料等。

（1）拆泵步骤：拆开泵排液短管，拆下排液阀座，松开活塞杆和连接杆并紧螺母取出活塞杆，使用专用工具拆下开槽螺母，按顺序取出内部填料并做标记。

（2）安装步骤：准备好所有需要更换的备件，按照做好的标记安装填料，安装活塞杆使用游标卡尺调节余隙容积，根据余隙容积确定并紧螺母安装位置，安装好排液阀座和排液短管，使用专用工具拧紧开槽螺母。安装时应注意，活塞环应切开，两个缺口相差180°安装；密封圈切开安装好螺旋弹簧，应有一定补充余量；检修时液氧泵所有零部件不能接触油污，不能使用易燃溶剂清洗零部件。

另外，检修结束后为避免泵内进入湿空气，在泵预冷前应进行使用干燥氮气进行一定时间的加温，防止预冷后湿空气在内部结冰损坏活塞杆和导致密封填料失效。同时当环境温度较低时，液体经汽化器汽化后进入管网，容易在管网上结霜，在此处应设置温度测点，防止温度过低出现管道冷胀热缩量过大拉裂管道的问题。温度测点应接入DCS 并与低温液体泵进行联锁，一旦温度过低则低温液体泵停机。

4 结束语

在运行过程中活塞式低温液体泵会出现各种故障，操作人员应经常进行点检工作，尤其是对液氧泵的漏油、漏液情况要进行及时处理，防止发生燃爆事故，检修时必须严格进行脱脂处理。同时，在开槽螺母密封器处设置干燥氮气、加装有机玻璃的措施，可以有效防止因结冰导致的泵十字头温度过低而损坏活塞杆，达到延长密封使用寿命的目的。另外，相关员工必须严格按照岗位操作规程进行操作，先预冷再启动、先减速再停车，进而保证低温液体泵的安全、经济运行。