含硫污水磁力泵軸承引入新水冷卻潤滑方案

劉建芳，李方國，馬新文

（克拉瑪依石化公司檢維修中心，新疆克拉瑪依 834003）

1 問題提出

克拉瑪依石化公司的Ⅱ套含硫污水P-5402/A、B 是2 臺原料泵，泵送介質(zhì)為含流污水。自該裝置建成投產(chǎn)，不到半年的時間里，2 臺泵在運行過程中頻繁發(fā)生燒損故障，不但造成了裝置生產(chǎn)波動，還給檢修單位帶來了很大的維修工作量，并造成了較高的維修成本。

機泵發(fā)生故障時，會出現(xiàn)流量突然大幅下降，引發(fā)DCS 上流量報警，有時流量顯示甚至掉到零。停泵拆檢幾乎都會發(fā)現(xiàn)推力和徑向滑動軸承摩擦副碎裂，嚴重時滑動軸承上所有碳化硅部分全部損毀。

機泵數(shù)次故障都是在運行過程中突然發(fā)生燒損，在巡檢中很難發(fā)現(xiàn)故障征兆，只有待內(nèi)操監(jiān)盤發(fā)現(xiàn)原料流量大幅掉落，才發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)狀況。而且因為機泵故障頻率高，且無法保證故障發(fā)現(xiàn)及時性，已經(jīng)多次造成了裝置生產(chǎn)波動。泵送介質(zhì)為含硫污水，在維修前的放空掃線中，造成環(huán)境污染的同時，其殘余介質(zhì)以及揮發(fā)H2S 等有毒有害氣體，也極大危害了操作和檢修人員的健康。這引起了生產(chǎn)車間、檢修單位及公司處室等的關(guān)注，所以對這一問題的研究和解決迫在眉睫。

2 改進的思路及方案實施

原料泵的泵型為單級磁力泵，其在結(jié)構(gòu)和原理上有別于普通離心泵[1]。它依靠高效率的內(nèi)外磁套傳動扭矩，帶動葉輪旋轉(zhuǎn)做功。不銹鋼材質(zhì)的高導磁隔離套隔開內(nèi)外磁，起到完全封閉介質(zhì)的作用。隔離套內(nèi)部的葉輪轉(zhuǎn)子，采用了碳化硅軸套和軸承組合的滑動軸承型式，依靠介質(zhì)循環(huán)液來形成潤滑油膜起到支撐和定位轉(zhuǎn)子的作用，所以要求介質(zhì)必須有良好的潔凈度。相當于出口壓力的介質(zhì)從泵蓋引流孔進入內(nèi)磁空腔，一部分對內(nèi)磁進行冷卻，然后直接通過中空的軸回到葉輪入口，另一部分介質(zhì)通過推力軸承、徑向軸承的間隙流進葉輪后密封環(huán)以內(nèi)的背葉，然后經(jīng)由平衡孔進入葉輪入口（圖1）。

該泵滑動軸承組件，包含了2 組徑向和推力軸承。徑向軸承為前后2個軸套和軸承配合組成，間隙一般為0.10 mm 左右，推力軸承副是由安裝在轉(zhuǎn)軸上的推力盤和軸承函中軸承的推力面組成。軸承的徑向面和推力面上都開有供潤滑和冷卻介質(zhì)通過的槽，它和軸承間隙保證了潤滑和冷卻作用的實現(xiàn)。

圖1 磁力泵結(jié)構(gòu)

2.1 實施辦法的篩選

根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)，通過查閱資料整理[2]，初步提出了如下3 個改造方案。

（1）將蝸殼出口的帶壓介質(zhì)通過管路引至外部，在管路中間段加濾網(wǎng)過濾介質(zhì)后引至軸承、磁力套。

（2）同上，引出介質(zhì)的管路中段加裝旋液分離器，分離其中固體雜質(zhì)后液體引入。

（3）利用泵房內(nèi)潔凈介質(zhì)，如采用新水，通過管路引入。

前2 個方案都存在一定的缺陷。首先采用濾網(wǎng)過濾來自出口的壓力介質(zhì)，運行一段時間濾網(wǎng)難免會發(fā)生堵塞，導致潤滑沖洗不暢，繼續(xù)運行將會導致機泵燒損。采用旋液分離器，需要在蝸殼進出口上都開孔，而且還不能有效保證介質(zhì)潔凈。因為旋液分離器對夾帶焦粉顆粒的介質(zhì)，難以達到期望的分離效果。濾網(wǎng)是否已經(jīng)發(fā)生阻塞以及沖洗液是否仍存在雜質(zhì)，要在運行中監(jiān)測是比較困難的。而且這2 種問題的影響是一個日漸趨于嚴重的過程，軸承不會立即燒損報廢，會表現(xiàn)在振動、溫度上逐漸出現(xiàn)異常情況，出現(xiàn)類似前述的故障。所以，前2 種方案達不到改造目的，不可取。

第3 個方案可以引入車間泵房內(nèi)的新水作為沖洗液，經(jīng)過差壓控制，使其大于泵介質(zhì)側(cè)壓力，有效地阻止含雜質(zhì)介質(zhì)進入軸承腔，滿足軸承和內(nèi)磁潤滑冷卻要求。因為新水潔凈且壓力穩(wěn)定，而且實際需要沖洗流量不大，所以對新水消耗及工藝系統(tǒng)影響小。

2.2 機泵改造方案論證

（1）引入沖洗液的要求。引入外部沖洗液，主要需要考慮能否為內(nèi)磁及軸承提供合適流量的潤滑冷卻液。對于內(nèi)外磁來說，運行中隔離套感應出渦流，使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套之間的環(huán)隙區(qū)域存在高熱量。所以必須有足夠的冷卻液通過此區(qū)域帶走熱量，才不至于溫度逐步升高使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子失去磁性。而軸承潤滑相對來說，只要能夠提供穩(wěn)定的介質(zhì)循環(huán)充滿軸承腔體，即能夠保證軸承運行穩(wěn)定[3]。

（2）沖洗流量的核算。由于原先引入的內(nèi)沖洗是接近蝸殼出口壓力（約1.8 MPa）的介質(zhì)，經(jīng)過Φ5 mm 引流孔進入內(nèi)磁空腔。此時采用的沖洗液即泵房內(nèi)的新水，其壓力只有0.4 MPa，所以必須核算是否能夠滿足提供足夠流量的冷卻沖洗。

磁力泵的功率為132 kW，查閱手冊渦流功率為17.6 kW，經(jīng)過核算至少需要過流1.2 m3/h 的冷卻水才能夠滿足磁力套不超溫。同時根據(jù)經(jīng)驗，冷卻潤滑液的流量通常為泵流量的1.6%，機泵流量為80 m3/h，可知需要流量約1.3 m3/h。所以，需要核算的流量應≥1.2 m3/h，當然還需考慮理論計算流量會大一些。

計劃從原泵蓋外側(cè)引入，設(shè)想以Φ10 mm 泵蓋引入孔核算沖洗流量。

已知從泵蓋進入軸承座的開孔長度約120 mm，內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸長344 mm。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子軸中心通孔直徑Φ12 mm，設(shè)定泵蓋沖洗引入孔徑Φ10 mm，所以可以取近似以Φ11 mm 的孔徑來進行計算。水的黏度在35 ℃時為0.722 cP（0.722×10-3Pa·s），機泵入口壓力為0.08 MPa。

圖2 泵蓋改造外沖洗通道剖面

根據(jù)機泵結(jié)構(gòu)，按照液流流經(jīng)細長孔的流量公式計算沖洗液的流量，得出磁力套的冷卻流量為1.3 m3/h，滿足磁力套的冷卻要求。這也說明，只需要擴原有的泵蓋沖洗引入孔至Φ10 mm，軸上通孔不需要再進行改動。

2.3 改造實施

圖3 引入新水作為泵的沖洗液

利用原來泵蓋上部的引流孔，擴孔至Φ10 mm。而后對原孔口攻絲，用絲堵進行封堵。再在泵蓋的外側(cè)鉆Φ10 mm 孔，確保同原先的引流孔接通。泵蓋外側(cè)孔口，安裝接頭聯(lián)接新水管線（圖3）。

改造完畢在運行中，該泵實際的新水沖洗流用量約為1.2 m3/h，機泵運行穩(wěn)定。

后又在過濾器后安裝壓力表，根據(jù)壓力來判斷過濾器是否堵塞。這樣提前預知進口濾網(wǎng)的堵塞情況，做到計劃性的清理來有效保證泵的使用壽命。原料罐液位一般在9～10 m，泵進口壓力0.08 MPa，如果壓力掉下0.03 MPa 以上，就切泵清洗過濾器。

3 應用效果

Ⅱ套含硫污水原料磁力泵，投用初期因不能適應介質(zhì)中含固體顆粒的工況，設(shè)備燒損事故頻發(fā)，一度造成生產(chǎn)波動，但是經(jīng)過改造，引入外部軸承沖洗冷卻液，最終解決了磁力泵不能在雜質(zhì)工況條件下運行的弊端，保證了機泵長周期運行。機泵改造還解決了濾網(wǎng)堵塞會引發(fā)軸承缺液的故障，確保軸承潤滑充分，即使量不足也不致燒損軸承。經(jīng)過幾年的使用，運行情況良好，維修率大為減少，保證了裝置平穩(wěn)運行。目前，這2 臺機泵已經(jīng)納入計劃性維修保養(yǎng)，平均2年檢查一次。

改造前，機泵每次檢修都需要更換大量的易損件，甚至有的時候還要更換內(nèi)外磁總成、葉輪等非易損件，檢修成本支出非常大。按照檢修更換配件清單，對照配件價格，依次計算歷次檢修的配件使用成本。

上半年檢修成本總和：7334+101 393+6016+101 393+22 346+49 505=287 987 元。

合計到全年，改造前材料消耗費用=287 987×2≈57.6 萬元。

這樣，改造后設(shè)備2年1 次計劃性檢修，包括更換配件為軸承組件，即軸套2 件，軸承2 件，推力盤2 件，平均一年一整套，共計費用6016 元。所以，材料節(jié)約費用57 萬元。

4 技術(shù)創(chuàng)新點

本次改造建議的提出，改變了磁力泵使用介質(zhì)自行沖洗潤滑的傳統(tǒng)，創(chuàng)造性地引入外部新水的方案。外部新水供應穩(wěn)定、干凈、可靠，極大地改善了軸承的運行條件，使長周期運行變?yōu)榭赡?。同時也為類似問題的解決拓寬了思路。