淺談乙烯輸送泵常見故障及判斷處理

陳樹勛

摘 要：乙烯輸送泵在甲醇制烯烴項目平穩(wěn)運行中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。故障發(fā)生是由泵的結(jié)構(gòu)特點和輸送介質(zhì)的性質(zhì)決定的。本文重點對乙烯輸送泵特點介紹和故障原因進行了歸納分析，并提出對策和解決措施。

關(guān)鍵詞：乙烯輸送泵;特點介紹;故障分析;解決措施

0 引言

隨著我國經(jīng)濟的穩(wěn)步快速發(fā)展，石油化工產(chǎn)品的消費量明顯提高，化工原料的需求量逐步增大，在快速發(fā)展的同時也面臨著資源短缺的矛盾，以煤炭為原料生產(chǎn)甲醇，經(jīng)甲醇制低碳烯烴是緩解石油短缺的重要措施。某煤制烯烴項目以煤為原料，年產(chǎn)60萬t聚乙烯和聚丙烯產(chǎn)品。烯烴罐區(qū)設(shè)有乙烯、丙烯、混合碳四、戊烯、丁烯-1、異戊烷和丙烷等球罐，在甲醇制烯烴項目起著承上啟下的核心作用。乙烯儲存輸送單元分別位于新舊兩個罐區(qū)，舊罐區(qū)設(shè)有4臺乙烯罐和2臺乙烯輸送泵，新罐區(qū)設(shè)有2臺乙烯罐和2臺乙烯輸送泵。乙烯輸送泵將乙烯加壓輸送至烯烴分離裝置產(chǎn)品汽化器加熱氣化后輸送至PE裝置，是整個甲醇制烯烴中非常重要的輸送設(shè)備，其性能好壞直接影響著生產(chǎn)的可靠性和下游裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)。

1 乙烯輸送泵的主要特征

1.1 基本特點

乙烯輸送泵的基本結(jié)構(gòu)型式為立式、多級、雙層殼體的立式多級筒袋泵。采用徑向剖分，內(nèi)殼承受泵壓，外殼承受介質(zhì)的吸入壓力，吸入管和排出管互成180度布置;設(shè)有平衡鼓裝置，由配對角接觸球軸承承受殘余軸向力;軸承箱體帶有獨立的內(nèi)循環(huán)自動潤滑系統(tǒng)，并配置潤滑油冷卻系統(tǒng);外殼的長度以及泵的安裝深度取決于對NPSHr汽蝕性能的要求，當泵深度達到一定的深度時，泵軸帶有中間支撐;采用雙端面機械密封。

1.2 軸承與潤滑

軸承主要分為上軸承和下軸承。上軸承為滾動軸承，位于聯(lián)軸器下方的專用軸承箱體，設(shè)置輔助冷卻管路，內(nèi)有雙向的角接觸球軸承，同時承受軸向和徑向力。

泵工作時，軸套隨軸一起旋轉(zhuǎn)，軸套下部的傾斜端面帶動其內(nèi)部的潤滑油一起旋轉(zhuǎn)。這樣產(chǎn)生離心力，并同時產(chǎn)生一個向上的升力，在此升力的作用下，使得潤滑油到達軸承上部，起到潤滑作用。部分潤滑油由軸承箱體上的回油孔返回儲油室。下軸承為導(dǎo)向滑動軸承，浸沒于介質(zhì)中，并由介質(zhì)進行潤滑;下軸承主要起中間支撐作用，來限制泵軸的徑向跳動，可根據(jù)泵軸長短不同設(shè)置中間支撐軸承。

1.3 軸向力平衡裝置

由于存在葉輪入口面積而使得后蓋板的面積比前蓋板大，在同一液體的壓力下將產(chǎn)生一個由電機端指向吸入口的軸向力，總的軸向力為泵的各級葉輪所產(chǎn)生的軸向力之和，這些軸向載荷由平衡裝置來平衡。

平衡裝置由軸封、隨軸一起旋轉(zhuǎn)的平衡鼓、固定在進出口段上的平衡鼓套、節(jié)流間隙和平衡卸流孔等組成。節(jié)流間隙的一端與泵體內(nèi)部連通，另一端與軸封體、平衡鼓和平衡鼓套構(gòu)成的平衡腔連通。

在進出口段上開設(shè)平衡卸流孔，將平衡腔與筒袋連接起來，將其腔內(nèi)的壓力降為筒袋壓力，致使平衡裝置前后產(chǎn)生壓力差，來平衡泵豎直向下的軸向力。此力與所需平衡的泵軸向力方向相反，力的大小與平衡鼓的環(huán)面積有關(guān)，且其設(shè)計可將工況下的泵軸向力基本抵消，止推軸承可平衡掉余下的軸向力。

1.4 軸封裝置

乙烯輸送泵采用集裝式雙端面串聯(lián)式機械密封。在工作時，由乙烯介質(zhì)壓力和彈性元件的彈力引起的合力作用下，在密封環(huán)的端面上產(chǎn)生一個適當壓緊力，使兩個接觸端面（動環(huán)、靜環(huán)端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的。雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄漏。由密封液罐向密封腔內(nèi)引入密封液進行堵封、潤滑和冷卻。密封液不僅沖洗摩擦副改善機械密封工作環(huán)境，還是作為一級密封面是否失效的監(jiān)測手段。二級密封外環(huán)通入干燥氮氣，保持機械密封的干燥。

2 乙烯輸送泵的常見故障判斷處理

乙烯輸送泵的常見故障分為水力故障和機械故障。出口的流量低，抽空等為水力故障;泵體密封面、法蘭和機械密封等泄漏，軸承箱漏油，軸承過熱，聲音異常，振動大等屬于機械故障，泵發(fā)生了故障應(yīng)當及時排除，否則便會加快機泵損壞。

2.1 抽空的原因分析和對策

2.1.1 特殊的低溫介質(zhì)，有效汽蝕余量低，介質(zhì)易汽化造成乙烯輸送泵易抽空的特性

在乙烯球罐中，乙烯介質(zhì)溫度-39～-27℃，壓力1.6～

2.0MPa，液面上的壓力是飽和蒸汽壓。對于一般常溫液化烴球罐可采取一些措施提高泵的有效汽蝕余量，如采用汽化器增壓，將氮氣充人球罐內(nèi)增壓或提高儲罐安裝高度等。

但對于乙烯球罐，采用增壓器或向球罐內(nèi)充氮氣，會使低溫球罐的溫度和壓力變得不穩(wěn)定，易引起球罐超壓，提高乙烯球罐安裝高度投資太大。立式筒袋泵必需氣蝕余量比常規(guī)泵的氣蝕余量小，且常埋于地下，容易保溫，且不易受到外界環(huán)境溫度變化影響。

2.1.2 乙烯出料罐切換時，管線積累的乙烯氣和泵入口形成湍流造成乙烯輸送泵抽空

管道積累乙烯氣是引起泵抽空的主要原因。在管線停用期間，液相乙烯吸收環(huán)境熱量而汽化生成乙烯氣。當乙烯罐的出料罐切換時管線內(nèi)積累的乙烯氣相被沖入外送泵內(nèi)時，乙烯輸送泵泵就會抽空。

舊罐區(qū)4臺罐的出料線匯合到乙烯輸送泵的入口管線上，在其中一個罐出料時，另幾個罐的出料線處于停用狀態(tài)，管內(nèi)積累大量乙烯氣，在切換出料罐時，這些管道內(nèi)生成的過熱乙烯氣相被沖入外送泵內(nèi)，而泵的排氣線無法在短時間內(nèi)將大量氣相排出可能導(dǎo)致泵抽空。形成湍流是引起抽空的另一原因。

舊罐區(qū)4臺乙烯球罐設(shè)計時將進料管線和出料管線線并為一條管線進入乙烯罐，進行出料罐切換時，出料罐一般會選擇正在進料的乙烯球罐（正在進料的球罐液位高，其余球罐為備用或不合格罐），此時乙烯出料管線和進料線聯(lián)通，乙烯輸送泵入口管線物料擾動，形成湍流，可能造成乙烯輸送泵抽空。

新罐區(qū)兩臺乙烯球罐設(shè)計采用進料管線和出料管線為兩條獨立管線進入乙烯罐。在正常生產(chǎn)中采用邊進邊出的操作，不用切罐，也不會在乙烯輸送泵入口管線形成湍流;乙烯氣也就不會被沖人乙烯輸送泵，避免了由于切罐造成的乙烯輸送泵抽空的風險。

2.1.3 乙烯球罐壓力低、液位低，造成乙烯輸送泵抽空

一般在停車檢修時，烯烴分離裝置停車后，聚乙烯裝置繼續(xù)運行降低乙烯罐存。此時乙烯罐每小時被抽走40t乙烯，液位逐漸降低，罐內(nèi)氣相空間越來越大，乙烯罐靠吸熱而生成的氣相不足以彌補這部分空間，罐壓逐漸降低。

根據(jù)操作經(jīng)驗，當乙烯球罐儲量低于150t或者壓力低于1.5MPa時，乙烯輸送泵發(fā)生汽蝕，導(dǎo)致抽空，乙烯送料中斷。通過乙烯汽化器出口接了一條管線至乙烯球罐進料線上，為乙烯球罐充壓，單球罐罐存降至10t以下時，仍然可以保證1.8MPa的壓力，保證乙烯輸送泵正常運行。

2.1.4 乙烯輸送泵負荷大范圍波動，造成乙烯輸送泵抽空

乙烯泵的操作負荷為額定流量的25～110%，絕對不允許大于110%，若小于25%負荷時一泵運行不得超過1min。聚乙烯裝置進料量波動，乙烯輸送泵出口流量忽大忽小。流量增大，裝置汽蝕余量減小，發(fā)生嚴重汽蝕，導(dǎo)致乙烯輸送泵抽空。流量減小，節(jié)流損失轉(zhuǎn)為熱能，泵內(nèi)乙烯溫度升高氣化，產(chǎn)生乙烯氣不能及時從排氣線排出造成乙烯泵抽空。泵入口過濾網(wǎng)堵塞，泵的性能下降，出口負荷沒有變化，相當于增大乙烯輸送泵的負荷，也將導(dǎo)致抽空。

2.1.5 乙烯球罐充壓，造成乙烯輸送泵抽空

在乙烯進料量低于乙烯球罐采出量時，乙烯球罐壓力降低，通過乙烯氣相平衡線給球罐充壓。泵的排氣線接到了乙烯精餾塔到乙烯罐的氣相平衡線上，不是接入罐頂，而是在乙烯下部管廊碰口。在乙烯輸送泵平穩(wěn)運行的時候，因為泵排氣線很細并且安裝有限流孔板，而乙烯氣相線相對較粗，乙烯液相在管線內(nèi)氣化，在乙烯輸送泵排氣口的壓力就是罐頂壓力，靠球罐靜壓差乙烯氣很容易排出乙烯輸送泵。當乙烯球罐充壓時，因為氣相的平衡壓力遠遠大于球罐壓力，泵的排氣線就成了進氣線，大量氣相被倒壓進泵內(nèi)，乙烯輸送泵便會是抽空。正常生產(chǎn)時，保證氣相平衡性投用，維持乙烯球罐壓力平衡;乙烯球罐需要充壓時，采用乙烯塔氣氣相閥門控制充壓流量，嚴禁使用罐頂閥門限流，嚴格控制充壓速度，降低氣相平衡線與球罐壓差，便可有效防止乙烯氣倒灌入泵內(nèi)，造成乙烯輸送泵抽空。

2.2 乙烯輸送泵發(fā)出噪聲，軸承發(fā)熱。

乙烯輸送泵發(fā)出的噪聲，軸承發(fā)熱是設(shè)備故障的前兆，由于機體基座固定件松動，泵軸和電機軸不同心，軸承潤滑不良，軸承磨損，軸承箱冷卻水不暢 。針對以上的故障，應(yīng)當根據(jù)實際情況，鞏固機體基座，檢查對中性，定期檢查機泵振值大小，檢查軸承箱潤滑油系統(tǒng)的工作性能，油質(zhì)、油量和油溫，保證軸承油杯的油位正常;定期檢查清理軸承箱冷卻水管線，保證投用正常。

2.3 乙烯輸送泵轉(zhuǎn)子竄動過大，平衡鼓與平衡鼓套磨損、損壞

乙烯輸送泵在運行的過程中，出現(xiàn)轉(zhuǎn)子竄動過大的情況，可能是泵軸平衡鼓與其鼓套磨損、損壞。平衡鼓與鼓套靠介質(zhì)潤滑，乙烯潤滑性能差;泵出口閥門的開度小，節(jié)流損失轉(zhuǎn)為熱能，液體溫升使部分液體泄漏到平衡室低壓區(qū)蒸發(fā)成氣體，失去潤滑作用，運轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的磨損;鼓與鼓套受熱膨脹，徑向間隙變小。當流量小于泵的設(shè)計流量時，葉輪軸受到徑向力，鼓與鼓套中心偏移。針對這種故障，操作人員必須按照規(guī)范操作，同時也要檢驗平衡盤的質(zhì)量，檢修更換磨損平衡鼓與平衡鼓套。

2.4 乙烯輸送泵機械密封結(jié)冰，導(dǎo)致泵軸無法轉(zhuǎn)動。

乙烯輸送泵輸送介質(zhì)溫度在-30℃，機械密封處無法加裝保冷，將空氣中的水分凝結(jié)，使機械密封結(jié)冰，導(dǎo)致泵軸無法轉(zhuǎn)動。加強機泵巡檢質(zhì)量，定期機泵盤車，及時發(fā)現(xiàn)問題，保證機械密封干燥氮氣投用正常，便可避免此類故障發(fā)生。

3 結(jié)論

掌握乙烯輸送泵常見故障及處理對于保證裝置的安全穩(wěn)定運行十分關(guān)鍵;注重日常維護保養(yǎng)，及時發(fā)現(xiàn)處理缺陷隱患是保證乙烯輸送泵穩(wěn)定運行的基礎(chǔ);促進操作人員技能水平的提升，總結(jié)經(jīng)驗制定更多的優(yōu)化方案和嚴格的專業(yè)操作規(guī)程，可以有效提高乙烯輸送泵的正常運行質(zhì)量。

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