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BB5型泵盤車卡澀問題研究

來源:泵友圈

文| 崔鐘續 王志輝 胡壯 薛景天 楊洋 譚光寧 中化泉州石化有限公司

摘要:隨著社會發展,各行業對大流量、高揚程的需求增加,BB5型泵的應用越來越多。一般情況多級泵運行較為穩定,日常故障多為機械密封泄漏、軸承損壞、振動大等,對于高溫泵或者低溫泵有時候會有盤車卡澀的情況,針對某現場常溫多級泵運行時正常,停泵后盤車多次卡死故障進行深入分析,從口環設計間隙、口環材料硬度對比制造標準、制造廠裝配各項數據、檢修各項數據對比規范標準、工藝系統中是否存在雜質等方面查找原因,擴大解決思路,最終成功解決問題。

關鍵詞:BB5型泵;盤車;卡澀;

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引言

在多級泵發明之前,19世紀是活塞泵的發展高潮時期,隨著人們對泵出口流量的劇增,20世紀20年代,低轉速、流量低的活塞泵逐漸被高速的離心泵和回轉泵代替。20世紀初,人們解決了轉子潤滑和密封等問題后,1851年至1875年帶有導葉的多級泵相繼被發明,使發展高揚程離心泵成為可能。

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故障情況介紹

某裝置無烯烴異丁烷泵P4142A/B制造廠家為蘇爾壽,泵結構形式為臥式布置徑向剖分多級高壓筒型泵。結構參見,如圖1。

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圖1 泵結構示意圖

泵共計11級葉輪,葉輪背靠背式布置(5+6)。介質為異丁烷,操作溫度35℃,出口壓力5.77MPa,流量為59.58m3/h,啟動條件為出口閥全開自啟動。

該泵2020年7月投用正常,振動值較小,水平/垂直振動為0.8mm/s和0.5mm/s,兩側數據相似。

2021年正常切換三次,每周盤車兩次,未發現異常。

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故障經過及處理過程

2021年大檢修前正常停泵,檢修期間定期盤車時發現P4142B盤車卡澀,使用盤車器也無法盤動。隨即拆檢,發現中間軸套金屬拉毛凸起,如圖2、3。

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圖2 中間軸套、襯套位置

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圖3 中間軸套凸起

使用激光熔覆,表面硬度由30 HRC提高至45HRC,修復后徑向跳動數據最大0.02mm,中間軸套、襯套間隙0.29mm,葉輪口環間隙0.43-0.55mm,轉子總竄量6.9mm,止推間隙0.08mm。檢查入口濾網、入口管道情況,未發現問題。

回裝投用泵振動為1.1mm/s和0.6mm/s,兩側數據相似。

之后在2月8日,3月8日,P4142B都為運轉時振動正常,而停泵后再次出現無法盤車情況。磨損情況也都為中間軸套、襯套磨損,卡澀,如圖4、5。

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圖4 中間軸套磨損

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圖5 中間襯套磨損

3月8日檢修后根據中間軸套損壞程度,決定更換新采購配件,并要求廠家增加配件硬度。檢修后設備運行正常。7月15日正常停泵后盤車再次卡澀,拆檢發現中間軸套、襯套輕微磨痕,一級葉輪口環處拉毛凸起,確認引起盤車卡死的主要原因,如圖6。

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圖6 一級葉輪口環磨損

更換葉輪口環并新調整軸承箱位置,調整同軸度偏差小于0.04mm。維修后啟動振動水平、垂直3.5 mm/s和0.9mm/s(DE),2.9 mm/s和0.8mm/s(NDE)。通過頻譜分析為1倍頻成分,大概率是轉子不平衡[1]所致,由于本次更換口環,疫情期間轉子無法外送做動平衡。

8月15日,P4142A停車后盤車,出現無法盤車情況,停泵拆檢發現中間軸套、襯套、平衡鼓、7級和10級口環磨損,如圖7、8。

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圖7 10級本體口環磨損

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圖8 10級葉輪口環磨損

P4142A檢修更換中間軸套、襯套,由于口環磨損較小,不會對軸向力影響過大[2-4]。未大面積拉毛凸起,打磨后回裝,未更換口環。測量軸跳動、葉輪跳動、調整軸承箱位置,檢查入口過濾器、檢查泵出入口管線應力[5]、調整管線支撐,確認數據合格后回裝。

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原因分析

前兩次故障原因為中間軸套、襯套磨損[6-9],從測量軸跳動情況來看,軸未見彎曲,其他葉輪口環未見磨損,分析可能原因:

3.1 介質臟:異物進入軸套在間隙較小位置沉積,盤車致使硬物將中間軸套、襯套位置金屬拉毛凸起。檢查入口過濾器較干凈,濾網為40目,對于造成中間軸套、襯套卡澀粒徑應在0.1mm左右,泵入口濾網無法過濾該尺寸雜質。

3.2 口環等材質軟:中間軸套、襯套金屬材質為泵殼材質A743 CA6NM,葉輪口環材質A743 CA40,表面淬火處理,從損壞現象分析,該材質偏軟,異物進入后引起金屬凸起并黏合,導致無法盤車。按照API 610要求,口環耐磨表面應當具有至少50布氏硬度差,除非兩種耐磨環表面硬度都超過400HB[10]。

3.3 軸跳動測量數據如下:如圖9,表1(標準≤0.025mm)

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圖9 測量軸跳動位置示意圖

表1 軸跳動值

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3.4 葉輪口環跳動數據,跳動數據可以看出軸是否彎曲變形。測量數據如表2(標準≤0.05mm)

表2 葉輪口環跳動值

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3.5 葉輪口環間隙,口環間隙過大影響泵效率[11-14],過小易造成動靜摩擦。測量數據如表3

表3 葉輪口環間隙值

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3.6 泵出入口管線應力:

泵出入口管線應力會影響泵的運行,經過現場檢查發現出口管線錯口1.2mm,重新焊接出入口管線確保錯口小于0.5mm,角位移小于0.2mm。

3.7 泵初始定中問題:

泵兩側軸承箱在對角有兩個定位銷,如果初始定位不準將會導致轉子與定子同軸度出現偏差,嚴重會造成間隙小的位置磨損。

通過檢測泵轉子與密封腔同軸度,發現偏差較大,非驅動偏差0.1mm,調整后數據如圖10。

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圖10 轉子定中數據

3.8 軸撓度

該泵軸長2270.1mm,軸承位置直徑60mm,跨度較大,軸存在一定撓度,撓度可以通過公式計算或者實際測量,但實際需了解制造廠在制作擴壓器時是否考慮轉子撓度問題。根據情況適當調整轉子相對位置。

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原因進一步思考

幾次故障現象為運轉時未發現問題,停泵后盤車卡死,從現象分析造成盤車卡死的主要原因是中間軸套、襯套、口環材料磨損凸起,造成這樣現象原因為動靜零件摩擦,中間軸套、襯套間隙在0.28-0.32mm(直徑),泵投用時間約2年,運行穩定,近半年造成動靜磨損中間一定有誘因,通過擴大排查范圍,該泵入口罐前有精制器過濾器,過濾精度為2μm,考慮過濾器是否存在問題。

通過工藝專業配合,精制器過濾器打開后發現精制器濾芯傾倒,部分濾芯短路,且在濾芯出口側發現金屬鐵銹及沙粒,應該是造成卡澀的主要原因,如圖11。

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圖11 過濾器出口雜質

對于口環磨損時機有兩種推測:(1)泵運轉時磨損。(2)停泵后盤車磨損。根據深入分析認為停泵后盤車磨損可能更大,原因有:

1)泵運轉時,電機扭矩較大,如果發生摩擦,所產生的熱量較大,對于此類金屬材質將產生更大的金屬凸起,會導致泵在運轉時抱死。

2)泵運轉時軸套、襯套或口環兩側有差壓,且零件間隙較小,即大雜質無法進入小間隙,小雜質進入再被沖出去,不會停留在中間軸套、襯套位置。

3)停泵后雜質沉積在泵底部,盤車后雜質仍保留在間隙中,口環圓周間隙并不相等,間隙變化雜質導致口環磨損卡澀,而后使用盤車器盤后加重磨損,而金屬材質較軟,金屬拉毛凸起,造成卡死。

至于泵入口過濾器是否考慮增加目數,答案是否定的,理由是如果增加到能過濾0.1mm雜質,過濾精度過高,在入口過濾器堵塞時將會導致泵抽空,進而引起其他問題。

為驗證硬度問題,使用里氏硬度計測量口環硬度,如表4:

表4 泵各位置硬度測量值

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洛氏硬度HRB和布氏硬度通過ASTM金屬換算表查詢近似156-187HB.當然通過里氏硬度計現場測量會存在一定偏差。查詢ASTM A743 CA40最大硬度不超過269HB,CA6NM最大硬度不超過285HB[15]。從口環損壞情況看,硬度不夠是主要原因。前兩次臨時熔覆的配件,雖說修復廠承諾硬度能達到45HRC,但拆檢結果說明硬度并沒有達到或者熔覆加工面較薄,硬雜質將表面破壞,最終仍拉毛凸起。所以解決該問題的根本方法還是增加配合零件硬度。

轉子定中:定中正常在制造廠完成,現場不需要調整。但該泵在故障兩次后,我們重新梳理了所有原因,決定擴大排查范圍。調整定中步驟:先不安裝機械密封,回裝軸承箱?,F場需要使用小直徑千分表固定在軸上,千分表測量桿與密封腔內圓接觸,旋轉讀數。調整軸承箱調節螺栓,改變轉子位置。調整后重新為軸承箱加工定位錐孔,建議使用1:50錐度銷。加工后使用定位銷定位后復測定中值,復核調整值是否準確。

盤車頻次:按照公司動設備管理制度規定每周盤車兩次,查詢了國內外多家泵廠說明書,如表5。

表5 不同泵廠對于盤車要求

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通過上表可得,從各廠家說明書上查詢儲存及運輸維護間隔,差別較大,從實際工程建設期間及泵運轉情況,大部分泵出廠至現場安裝試泵,間隔6個月以上,實際試車并沒有大批軸彎曲問題。而預冷/熱問題國內與國外理念也完全不同,但從實際經驗上看預冷/熱期間盤車并不必要,與盤車頻次一樣,都值得商榷。

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總結

后續使用情況:在排查并整改各類原因后,泵投用運轉正常,多次停泵后盤車再未出現卡澀情況,問題徹底解除。

設備故障后,需要從不同角度展開問題,不但從設備角度出發,同時也應考慮工藝系統的影響,另外設備廠家的安裝參數也可以大膽懷疑,對比技術協議、制造標準等找出異常,盡可能做到全面排查,才能從根本上解決問題。

參考文獻

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