高速離心泵油乳化分析及改進措施

孫 春 彩

（中沙（天津）石化有限公司，天津 300271）

高速離心泵油乳化分析及改進措施

孫 春 彩

（中沙（天津）石化有限公司，天津 300271）

針對高速離心泵 P-101A/B 泵油乳化，軸承損壞、機械密封泄漏等問題，剖析故障原因，分別從設(shè)備、工藝、檢維修三個方面對高速泵油乳化、密封泄漏等問題對系統(tǒng)進行了深入的研究，并根據(jù)分析結(jié)果制定對策，實施改進措施，取得良好的結(jié)果。

高速離心泵；乳化；機械密封；汽蝕

中沙（天津）石化 100 萬 t/a 乙烯及配套項目35 萬 t/a 苯酚丙酮裝置由 30 萬 t/a 的異丙苯單元和35 萬 t/a 的苯酚丙酮單元組成。

異丙苯單元采用中國石化上海石油化工研究院開發(fā)的 S-ACT 異丙苯生產(chǎn)技術(shù)。苯酚丙酮單元采用美國 UOP 的苯酚丙酮生產(chǎn)技術(shù)。中間產(chǎn)品異丙苯是由異丙苯單元產(chǎn)出的，P-101 泵是異丙苯單元的丙烯進料泵，如果此泵發(fā)生故障，直接影響中間產(chǎn)品異丙苯的產(chǎn)出，乃至后續(xù)單元產(chǎn)品的生產(chǎn)產(chǎn)量，甚至導(dǎo)致苯酚丙酮裝置停車。

1 概況介紹

P-101A/B 泵 為 異 丙 苯 單 元 丙 烯 進 料 泵GSB-L1-30/412 型立式高速泵，它是苯酚丙酮裝置異丙苯單元丙烯進料泵，由于該泵的結(jié)構(gòu)、工藝狀況較為復(fù)雜，檢維修精度要求高，運行過程中經(jīng)常發(fā)生潤滑油乳化、軸承損壞，密封泄漏等故障。

P-101A/B 泵潤滑油牌號 SHELL ATF 4413，由內(nèi)置油泵和輔助油泵強制潤滑，采用循環(huán)水對其進行冷卻，使其回油溫度控制在 60 ℃以下，其相關(guān)參數(shù)如下表所示：

表 1 高速泵參數(shù)表Table 1 High speed pump parameters

2 故障分析

P-101A 泵電機第一次出現(xiàn)輕微油乳化現(xiàn)象，檢查發(fā)現(xiàn) P-101A 泵電機的油溫度超過 90 ℃。對冷卻器進行反洗后溫度降至 60～70 ℃，但持續(xù)一段時間后油溫反復(fù)上升。分別對兩臺泵的油系統(tǒng)冷卻器進行更換，循環(huán)水反向流動。檢查更換下來的冷卻器發(fā)現(xiàn)其管程有堵塞現(xiàn)象，進行酸洗后打壓（殼程 1.0 MPa，工作壓力 0.7 MPa），檢測合格。

當(dāng)油乳化現(xiàn)象發(fā)生時，泵的機械密封有時沒有發(fā)生泄漏。泵的密封存在間歇性泄漏情況。當(dāng)泵切換時，尤其是運轉(zhuǎn)情況下，泵極易發(fā)生汽蝕，且泵的物料側(cè)密封沖洗有時有大幅波動。

相對于 A、B 兩臺泵，P-101B 泵密封泄漏比較頻繁。觀察兩臺泵在運行期間的不同之處，發(fā)現(xiàn)P-101B 振動較 A 臺大。進一步對振動大的 P-101B泵更換增速器、誘導(dǎo)輪、擴散器，油乳化程度有所減弱[1]。

檢修中多次發(fā)現(xiàn)軸套與油封動環(huán)之間的“O”環(huán)損壞嚴(yán)重，更換“O”環(huán)備件，油封側(cè)機械密封靜環(huán)采用大強度（高彈性）的彈簧，一段時間內(nèi)試運情況較好，但仍存在密封泄漏現(xiàn)象。

檢修中發(fā)現(xiàn)軸套與“O”環(huán)備件的制造尺寸有誤差，更換進口軸套后泵運轉(zhuǎn)正常，油乳化現(xiàn)象消失。

3 原因分析

3.1 工藝原因

泵入口壓力低且壓力波動頻繁。正常情況下，泵入口壓力要求 1.82 MPa，當(dāng)單臺泵運轉(zhuǎn)時，泵入口壓力低至 1.0 MPa，此種情況下泵極易發(fā)生汽蝕。若泵在運轉(zhuǎn)時壓力有較大波動，容易引起泵的喘振。

頻繁切換泵。切換時排氣不充分，加之泵入口壓力低極易引起泵的汽蝕。

泵的出口流量不穩(wěn)定。流量過高，泵超負荷運轉(zhuǎn)，電流走高，造成泵過載。流量低，引起泵抽空、喘振。

3. 2 檢修原因

泵的密封安裝精度不足。導(dǎo)致泵密封泄漏，油乳化。

3. 3 設(shè)備備件原因

泵的密封備件制造有誤差。密封面材質(zhì)、彈性元件制造有誤差，造成泵密封泄漏、油乳化。

泵軸套與“O”環(huán)的配合存在誤差。如果軸套或“O”環(huán)配合尺寸有誤差，將造成泵的油乳化。

4 改進措施

4.1 泵的入口壓力低、流量波動及泵的頻繁切換實施的措施

P-101 入口壓力 1.34～1.82 MPa，出口壓力 3.81 MPa 左右，運行時最大出口壓差 0.5 MPa，泵流量、壓力的較大波動造成了泵瞬間喘振。泵的入口壓力小于必須汽蝕余量。當(dāng)泵單臺同時運轉(zhuǎn)時，泵的入口壓力降至 1.0 MPa，在低溫高壓條件下，物料中的丙烯極易汽化。切泵時，泵體排氣不充分也將造成泵的汽蝕?？尚写胧┤缦拢?/p>

（1）避免泵單臺運轉(zhuǎn)，按照泵的設(shè)計能力調(diào)整工藝負荷，以提高泵的入口壓力。

（2）加強對工藝參數(shù)的調(diào)控，避免泵的壓力大幅波動。

（3）避免工藝負荷的大幅調(diào)整，較少進行泵的切換，降低頻次。

4.2 泵的安裝精度的監(jiān)督

泵機械密封的安裝精度高是機械密封平穩(wěn)運轉(zhuǎn)的前提條件，不正確的安裝或安裝精度差，將導(dǎo)致泵機械密封的頻繁泄漏，進而導(dǎo)致泵油乳化問題的發(fā)生[2]。LMV331 型立式高速泵檢修的技術(shù)參數(shù)如下：

（1）高速軸軸向串動量應(yīng)控制在 0.33～0.43 mm。

（2）高速軸軸瓦間隙應(yīng)控制在 0.09～0.13 mm之間，不能超過 0.15 mm；中速軸不能超過 0.14 mm。

（3）靜環(huán)全壓縮量 3 mm,實際調(diào)整壓縮量1.6～2.1 mm，高速軸竄量越大，壓縮量也越大。

（4）高速軸徑向跳動應(yīng)控制在≤0.02 mm。

（5）葉輪、誘導(dǎo)論及高速軸組件動平衡允差應(yīng)小于 7.2 g·mm。

（6）軸套的兩端必須平行，日機裝公司對軸套平行的標(biāo)準(zhǔn)值為：7.62‰ mm。

（7）動環(huán)與高速軸的垂直度≤0.03 mm。

（8）高低速軸軸線直線度允差值為 0.01 mm。

（9）密封安裝前動、靜環(huán)應(yīng)進行光帶檢查。按照 JB4127-85 的規(guī)定靜環(huán)石墨端面的平直度≤0.000 9 mm(少于 3 個光干涉圈 ，1 個光干涉圈=0.000 3 mm)。由于自然變形等原因可能會有超過 3個光干涉圈的，應(yīng)重新研磨后安裝。YG6動環(huán)的平直度≤0.000 6 mm（2 個光干涉圈）,超差的也應(yīng)重新研磨后安裝。

4.3 泵備件尺寸的確認(rèn)

檢修中多次發(fā)現(xiàn) “O” 環(huán)（圖 1：件號 4）損壞嚴(yán)重，油封側(cè)機械密封靜環(huán)采用大強度（高彈性）的彈簧，一段時間內(nèi)試運情況較好，但仍存在輕微密封泄漏現(xiàn)象[3]。同時，發(fā)現(xiàn)軸套（圖 1：件號 3）的制造尺寸有明顯差別，更換進口軸套后泵運轉(zhuǎn)正常，油乳化現(xiàn)象消失。綜上所述： “O”環(huán)（圖 1：件號 4）損壞嚴(yán)重、軸套（圖 1：件號 3）國產(chǎn)備件制造尺寸誤差是油乳化問題的直接原因。

若以“O”環(huán)實際尺寸（?31 mm×1.77 mm）計算，則它們之間的配合應(yīng)當(dāng)滿足下列兩個條件：

條件一： “O”環(huán)安裝于軸套倒角部位后，上端面應(yīng)當(dāng)略高于軸套上端面，以保證“O”環(huán)有充足的壓縮量。

圖 1 立式高速泵密封組裝圖Fig.1 Vertical high speed pump seal assembly drawing

條件二：忽略“O”環(huán)被壓縮時體積的變化，則其體積應(yīng)當(dāng)小于軸套與軸之間的體積，以保證軸套緊抵動環(huán)。

條件一的理論計算：以圖3軸套尺寸建立圖2所示坐標(biāo)系。

圖 2 O 環(huán)與軸套關(guān)系Fig.2 O ring and axle sleeve

圖 2 中的圓軌跡表示“O”環(huán)徑向截面，直線y=x- 16表示軸套 45°倒角斜線。A（m, n）表示“O”環(huán)徑向截面圓圓心；B（l, h）表示圓與直線的切點；R 表示“O”環(huán)徑向截面圓半徑；Δb 表示“O”環(huán)壓縮量；c表示軸套垂直高度，則b、Δ b、c 理論計算值滿足 b＞c-h；Δb=b-c。

R 為 1.77/2＝0.885，由圖 3 軸套尺寸知 m=31/2＋ 1.77/2 ＝ 16.385 ， B 點 坐 標(biāo) 為 （ m ＋ Rsin45 ，m+Rsin45-16 ） 即 （ 17.012 ， 1.012 ）， 則 b=R ＋Rsin45＞c-1.012 ， R ＋ Rsin45-Δ b =c-1.012 得 到c＜2.523,2.523-Δb=c。

圖 3 國產(chǎn)軸套尺寸Fig.3 Domestic axle sleeve size

以圖 5 對“O”環(huán)進行受力分析:在軸套軸向力F壓力作用下，動環(huán)將對“O”環(huán)產(chǎn)生反作用力N，在接觸點B產(chǎn)生垂直于斜面的彈力M，在這三個力作用下“O”環(huán)將向AD 方向填充，當(dāng)接觸AD 邊界后，該面產(chǎn)生反作用彈力 K，在這 4個力的作用下，“O”環(huán)達到平衡?！癘”環(huán)發(fā)生先向 AD 方向填充，后在F、N、K、M 四個力作用下發(fā)生水平方向和垂直方向的擠壓變形。在條件二下，“O”環(huán)的橫截面變形如圖 6 中 YDPB 區(qū)域所示?？紤]到 ABY 及 BLP截面所圍小體積的抵消，條件二可簡化為：ADPB所圍圓環(huán)體積≧ “O”環(huán)體積。

圖 4 進口軸套尺寸Fig.4 Import axle sleeve size

條件二的理論計算：

圖 5 O 環(huán)受力分析圖Fig.5 O ring force analysis diagram

圖 6 “O”環(huán)受力截面變形圖示Fig.6 O ring stressed section deformation diagram

以圖5所示坐標(biāo)系對ABPD所圍圓環(huán)體積進行積分有：

“O”環(huán)體積為:

解不等式得到:c≧2.405。

由條件一和條件二得知：2.405＜c＜2.523，由2.523-c =Δb 知“O”環(huán)壓縮量Δb 為 0～0.118 mm。國產(chǎn)軸套尺寸如圖 3 所示，c 值為 2.0 mm 表明“O”環(huán)壓縮量超過 0.5 mm,且軸套與動環(huán)不能接觸。進口軸套如圖 4 所示，c值為 2.5 mm,表明“O”環(huán)壓縮量僅為 0.023 mm。滿足“O”環(huán)的最佳壓縮量 0.118 mm，c 值最小可取 2.405 mm。

根據(jù)推導(dǎo)，圖 4 中的 c值應(yīng)當(dāng)取為 2.4 mm，既可以保證“O”環(huán)的彈性，又保證了軸套可以緊抵動環(huán)，以控制軸的徑向擺動，避免“O”環(huán)的擠壓受損。

4.4 鞏固措施

首先要加強設(shè)備問題培訓(xùn),提高職工設(shè)備管理水平。進一步優(yōu)化設(shè)備操作，嚴(yán)格操作規(guī)范，保持泵的平穩(wěn)運轉(zhuǎn)。其次要對泵的油系統(tǒng)冷卻器定期進行反洗[4]，特別關(guān)注泵油溫的異常上升。優(yōu)化工藝操作，盡可能提高泵的入口壓力，減少汽蝕。保證泵壓力、流量的穩(wěn)定，減少泵的喘振[5]。加強對泵備件質(zhì)量、檢修質(zhì)量的監(jiān)督，降低設(shè)備返修率。繼續(xù)深入開展工藝設(shè)備技術(shù)攻關(guān)，穩(wěn)定 P-101A/B 泵入口壓力。

5 結(jié)束語

通過改進，泵油乳化問題得到了徹底的解決，機械密封泄漏問題也得到了改善，延長了機泵的運行周期，降低了機泵的維修頻率，對此型立式高速泵油乳化及密封失效問題具有普遍的指導(dǎo)意義。

［1］ 丁網(wǎng)英.離心泵試運常見故障原因分析及處理措施[J]. 石油和化工設(shè)備, 2011(06)：65-67.

［2］ 陳來保，潘金亮，焦紅志，李京沛.高速離心泵常見故障原因分析及處理[J].河南化工,2008(08) ：38-39.

［3］ 龔步才.O 型圈在靜密封場合的選用[J].流體傳動與控制,2005(04)：52-56.

［4］ 高 燚.液 態(tài) 烴 泵 機 械 密 封 失 效 分 析 及 改 進 [J].化 工 設(shè) 備 與 管道,2010(03)：31-33.

［5］麥翰杰，廖藝，江放.重型丙烯泵機械密封泄漏分析解決方案[J].機械,2008(01)：78-80.

汽柴油質(zhì)量升級技術(shù)和煙氣脫硫脫硝技術(shù)

生意社為您帶來的推介會現(xiàn)場圖文直播。以下為：中石油規(guī)劃總院副總工程師張福琴做汽柴油質(zhì)量升級技術(shù)和煙氣脫硫脫硝技術(shù)的相關(guān)報告。

張福琴總工程師就目前煉油行業(yè)政策以及發(fā)展環(huán)境做相關(guān)介紹，報告中指出，新建煉油及擴建一次煉油項目由國務(wù)院投資主管部門核準(zhǔn)。環(huán)保壓力下，汽柴油升級壓力巨大。張總工程師還一并介紹了目前我國煉油行業(yè)的現(xiàn)狀。就目前的技術(shù)：國內(nèi)清潔汽油生產(chǎn)技術(shù)、國內(nèi)清潔柴油生產(chǎn)技術(shù)、催化煙氣脫硫脫硝技術(shù)做相關(guān)解析。

基于煉廠面對油品質(zhì)量升級的壓力，生意社中國地?zé)捑銟凡繛榱舜鹬x地?zé)捄献骱徒拸S高端人脈圈特攜手科洋環(huán)境工程(上海)有限公司共同組織“2014年硫回收技術(shù)推介會(山東地?zé)捯娒娼涣鲿?”，于7月30日在煉廠集中的東營召開，會議更是邀請了中國石化經(jīng)濟技術(shù)研究院首席專家舒朝霞、中石油規(guī)劃總院副總工程師張福琴、科洋環(huán)境工程(上海)有限公司技術(shù)專家。

Analysis on the Lube Oil Emulsification Problem of High Speed Centrifugal Pumps and Improvement Measures

SUN Chun-cai
（Sinopec SABIC Tianjin Petrochemical Co., Ltd.，Tianjin 300271，China）

In view of the problems of high speed centrifugal pump P-101A/B, such as lube oil emulsification, bearing damage, mechanical seal leakage, the causes of the problems were analyzed from the aspects of equipment, process, maintenance; and countermeasures were put forward according to the analysis results. After implementing the improvement measures, good results were achieved.

High speed centrifugal pump; Emulsification; Mechanical seals; Cavitation

TQ 050

： A文獻標(biāo)識碼： 1671-0460（2014）07-1233-04

2014-05-10

孫春彩（1985-），女，天津人，助理工程師，2008 年畢業(yè)于天津理工大學(xué)機械工程及自動化專業(yè)，研究方向：從事設(shè)備管理方面的工作。E-mail：cc.sun@ss-tpc.com。