大功率磁力泵高頻次故障分析及改進(jìn)

　　從磁力泵結(jié)構(gòu)、工作原理及與實(shí)體操作三方面，介紹大功率磁力泵運(yùn)行期間多次故障停機(jī)造成裝置緊急停工，操作難度大、檢維修頻次多，定期切換困難等，針對該問題進(jìn)行原因分析及解決處理。

　　1 裝置概況

　　乙苯裝置工藝包采用的是中石化開發(fā)的氣相法干氣制乙苯技術(shù)，包括原料預(yù)處理、反應(yīng)、分離、熱載體和公用工程等部分，乙苯裝置的循環(huán)苯泵P-106將循環(huán)苯罐V-105的反應(yīng)介質(zhì)苯分2路，一路為烷基化反應(yīng)用循環(huán)苯，另一路為玩基轉(zhuǎn)移反應(yīng)用苯，屬于反應(yīng)進(jìn)料的供用泵。

　　大功率磁力泵結(jié)構(gòu)上有與普通離心泵同樣的電機(jī)、泵體、葉輪、聯(lián)軸器，但也有普通離心泵不具有的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子、外磁轉(zhuǎn)子、隔離套，因此磁力泵的制造成本要高于離心泵的成本，而磁力泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)同樣對運(yùn)行的要求也要高于離心泵，如何保證磁力泵的長周期運(yùn)行是設(shè)備管理的關(guān)鍵問題。

　　2 故障描述

　　循環(huán)苯泵P-106為乙苯反應(yīng)物料的供應(yīng)設(shè)備，裝置開工以來設(shè)備多次緊急搶修，還造成裝置運(yùn)行期間的3次非計(jì)劃停工，影響較大，總結(jié)梳理設(shè)備故障主要有3類情況。(1)異常停機(jī);設(shè)備運(yùn)行期間(周期在3-4個月范圍)出現(xiàn)異常，DCS電流超電機(jī)額定電流，設(shè)備異響。(2)切泵后盤車卡澀;定期切換泵后原運(yùn)行泵停后無法盤車，設(shè)備內(nèi)部件各推力盤、止推軸承碎裂、內(nèi)磁缸與隔離套磨損。(3)晃電停機(jī)，雷雨天氣及外部電力管網(wǎng)波動造成停機(jī)，設(shè)備內(nèi)部件各推力盤、止推軸承碎裂、內(nèi)磁缸與隔離套磨損。

　　3 設(shè)備工作原理及結(jié)構(gòu)

　　磁力驅(qū)動泵簡稱磁力泵，通常由電動機(jī)、永磁傳動器和離心泵組成，其主要特點(diǎn)是利用磁感應(yīng)原理傳遞扭矩，主要由泵頭、外磁鋼、內(nèi)磁缸、隔離套組成，當(dāng)電動機(jī)帶動外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁力線穿過間隙和隔離套，作用于內(nèi)磁轉(zhuǎn)子上，使泵轉(zhuǎn)子與電動機(jī)同步旋轉(zhuǎn)，無機(jī)械接觸地傳遞扭矩，在泵軸的動力輸入端，由于液體被封閉在靜止的隔離套內(nèi)，沒有動密封，因而完全無泄漏，被廣泛運(yùn)用在各類石化行業(yè)中。由于泵軸、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子被泵體、隔離套完全封閉，從而徹底解決了“跑、冒、滴、漏”問題。

　　循環(huán)苯泵類型為磁力泵，設(shè)備型號誘導(dǎo)輪，是國外進(jìn)口設(shè)備，輸送介質(zhì)為苯，操作溫度下的密度733kg/m3，必須汽蝕余量2.5m，驅(qū)動機(jī)380V,160kW，轉(zhuǎn)速3140r/min。相關(guān)參數(shù)見表2。

　　4 原因分析

　　原因一：軸向力不平衡;由于內(nèi)部轉(zhuǎn)子軸向力不平衡，軸向力超過了止推軸承的承受能力，而引起碳化硅止推環(huán)受摩擦碎裂;碎裂后的碎片進(jìn)入內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套間隙中，引起隔離套的局部磨損使其高溫氧化變色。引起軸向力過大的原因，包括幾方面因素：密封環(huán)間隙的變化、葉輪蓋板與泵腔端部間隙的變化、葉輪內(nèi)孔與軸間隙變化。原因二：汽化抽空;工作介質(zhì)是苯，正常操作溫度152℃，泵入口操作壓力約0.5MPa，與設(shè)計(jì)溫度、壓力有偏差(設(shè)計(jì)操作溫度149℃，設(shè)計(jì)泵入口壓力0.55 MPa)。實(shí)際操作工況接近苯的汽化壓力，因此介質(zhì)易汽化產(chǎn)生汽蝕。原因三：操作難度大;因是進(jìn)口設(shè)備，磁力泵內(nèi)部件價格高，以防設(shè)備干摩擦，設(shè)置低電流欠載保護(hù)，每次啟停設(shè)備時，必須在設(shè)定的時間范圍內(nèi)操作出口閥門以達(dá)到設(shè)備低流量及欠電流保護(hù)值，造成設(shè)備開停時波動較大，輸送流體不穩(wěn)定，設(shè)備內(nèi)部沖擊加大。

　　5 整改及改進(jìn)

　　(1)修復(fù)密封環(huán)間隙;葉輪前后密封環(huán)均磨損、泵體密封環(huán)磨損，由于密封間隙對軸向力影響較大，從實(shí)際測量，密封環(huán)間隙比原廠家提供的間隙大50%～60%左右。重新設(shè)計(jì)配套的新密封環(huán)。新葉輪密封環(huán)與基體之間的配合選用過盈配合;新殼體密封環(huán)與基體之間的配合選用間隙配合，以適應(yīng)熱脹需要。間隙控制數(shù)據(jù)見表3。

　　按照葉輪進(jìn)口(前)稍大(葉輪入口需要考慮泵體熱變形等因素)、后蓋板稍小(靠近軸承座，并對軸向力平衡有利)的原則確定。裝配間隙控制葉輪入口密封環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)間隙0.6mm，后蓋板密封環(huán)間隙0.59～0.6mm。

　　(2)修復(fù)泵體內(nèi)腔與葉輪前蓋板間隙;考慮到原葉輪與泵腔前端部間之前出現(xiàn)摩擦，空隙較小，對軸向力平衡有不利影響，考慮到避免葉輪與殼體內(nèi)腔端部碰擦，并適當(dāng)擴(kuò)大葉輪前蓋板與殼體間隙，平衡軸向力，減小開機(jī)時的軸向沖擊力，因此將泵體空腔端部原磨損部位車銷校正，轉(zhuǎn)子部件裝配完成后，放入泵腔中，檢測葉輪蓋板與泵體內(nèi)腔之間的間隙，確保在轉(zhuǎn)子軸向竄動過程中任何位置都不會與殼體相碰，小間隙不小于2mm。殼體端部車下1mm，裝配轉(zhuǎn)子組件后檢測面團(tuán)壓痕葉輪前蓋板與殼體端部間隙為5mm，盤車時無任何異常摩擦。確保以免再次發(fā)生碰擦，并有利于軸向力平衡。

　　(3)修復(fù)葉輪與軸間隙;葉輪內(nèi)孔因機(jī)泵多次拆裝已磨損，與軸端間隙增大，檢測數(shù)據(jù)為Φ40.4mm，失去定位功能。兩端使用304氬弧焊絲補(bǔ)焊，焊后重新校正精加工到Φ40mm H7正常配合間隙，軸端部修正與止推盤平行，葉輪按照G2.5級做動平衡滿足要求。

　　(4)入口增壓防汽蝕;因循環(huán)苯泵的設(shè)計(jì)工況汽蝕余量要求較高，訂貨時設(shè)計(jì)泵型為入口帶誘導(dǎo)輪的磁力泵，但實(shí)體設(shè)備未設(shè)置誘導(dǎo)輪，泵的耐抽空和汽蝕能力與設(shè)計(jì)不符。防止工作介質(zhì)苯在泵入口汽化造成汽蝕因素。對該泵的入口循環(huán)苯罐V-105增設(shè)氮?dú)庠鰤哼M(jìn)行分程控制，壓力由設(shè)計(jì)0.5MPa(G)增加至0.55MPaG。防止機(jī)泵低流量工況下導(dǎo)致內(nèi)部件發(fā)生過熱損壞設(shè)備。

　　(5)投用變頻操作;變頻柜綜保增設(shè)25s閉鎖設(shè)置，從0負(fù)荷到額定負(fù)荷過程中保護(hù)電機(jī)，保證機(jī)泵穩(wěn)定運(yùn)行，采用變頻主要有2個功能：一、提高泵的轉(zhuǎn)速達(dá)到所需要的實(shí)際揚(yáng)程使用變頻器的延遲啟動功能。二、使得電機(jī)或者泵的轉(zhuǎn)速在一個較長的時間內(nèi)達(dá)到泵的需求轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)泵的負(fù)載緩慢上升。此作用主要考慮到泵的扭矩和電機(jī)的扭矩匹配問題。因電機(jī)直接啟動，扭矩非常大，使用變頻的軟啟動功能以后，可以實(shí)現(xiàn)磁缸的較小扭矩輸送較大功率輸出的目的。

　　(6)增加抗晃電模塊;乙苯變變頻柜加裝抗晃電模塊。以免發(fā)生雷雨天氣或電網(wǎng)波動造成的晃電，能及時恢復(fù)機(jī)泵再啟動。

　　6 效果評估與檢驗(yàn)總結(jié)

　　(1)檢修后試機(jī);運(yùn)行30min后進(jìn)行性能試驗(yàn)，選擇點(diǎn)分別為80%、85%、90%、95%、100%負(fù)荷完成性能試驗(yàn)，回復(fù)正常額定流量后繼續(xù)運(yùn)行2h后停泵，拆檢檢查各內(nèi)部件有無磨損或損壞，檢查未發(fā)現(xiàn)任何磨損后進(jìn)行回裝。投入運(yùn)行后設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好。

　　(2)檢修數(shù)據(jù)總結(jié);設(shè)備內(nèi)部各配合參數(shù)收集，作為di一手檢修資料保存，為以后檢修提供參考依據(jù)，保證檢修質(zhì)量(見表4)。

　　7 解決疑難問題

　　關(guān)于葉輪前蓋板與泵殼端部間隙，國外供應(yīng)商理念不建議擴(kuò)大蓋間隙，本次檢修擴(kuò)大該部位間隙，一方面確保以免再次發(fā)生碰擦，另一方面有利于軸向力平衡。目前根據(jù)機(jī)泵運(yùn)行情況，該部位的修復(fù)是合理的。