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炼油厂减压塔底泵故障分析与改造

赵美玲

摘 要：本文以某石化公司炼油厂常减压装置在运行中，减压塔减底泵振动故障为例进行分析，对该故障出现的原因以及改造措施进行探讨。
关键词：炼油厂；减底泵；故障分析；改造
概况
某石化公司炼油厂常减压装置减压塔底泵，为双级双支承BB2型离心泵，转速2950r/min，功率184kW。共配置两台油泵，运行中一台运行，一台备用。装置运行过程中，机泵长期振值超标（见表1）振值处于D区，多次找正情况仍不理想。该泵在装置中属于重要设备，如果长期超振不处理将对装置的稳定、安全运行带来一定隐患。
1、泵的结构与参数
双级双支承BB2型减底泵，属于半开式卧式双级悬臂离心泵，主要包含泵轴、本体、前泵盖、双吸叶轮、前托架部件、后泵盖、后托架部件等构成。泵结构为垂直吸入垂直排出，叶轮采用闭式设计，为两端支承式离心泵，采用水平中心线支承方式对泵壳径向部分进行安装，对径向力利用双蜗室进行平衡。该泵设计扬程为240m，额定流量设计为245m3/h，汽蚀性能6.2m，泵吸入口压力设计为-0.0002 MPa。
2、故障原因分析
转动设备中，振动现象比较常见。对于双级双支承BB2型离心泵而言，导致振动产生的原因有很多，主要有机泵中心线不对中、泵垫铁或地脚螺栓松动、泵轴弯曲、轴承间隙过大、转子不平衡、临界转速、泵内构件松动、水力不平衡及泵抽空等因素。针对以上原因分析，从制造环节中，对该流程泵进行试验与校对，未发现装配、制造及使用中存在不当的问题，并且配置的两台泵均出现同样振值超标的问题。所以，采用排除法，导致针对的原因可能是泵抽空或水力不平衡引起。通過现场实测，实际工艺介质运行流量为110m3/h，低于设计流量，存在运行中流量过小的问题，造成水力不平衡。同时，泵在额定流量为140m3/h时，汽蚀性能为5.1m，在温度影响下，介质会产生汽化压力，汽蚀余量仅为5.3-6.2m，与相关标准要求不符，在低液位或大流量情况下，装置的汽蚀性能会进一步下降，表现为随着流量的增大，设备的振动幅度增加，并且持续恶化。
2.1故障表现
以减底泵110t/h的处理量进行研究，显示处于不合格运行状态下。通过频谱分析，显示与工频及其它谐频相比，四倍频的叶片通过频率幅值最大。
2.2原因分析
该泵原设计参数扬程240m，额定流量设计为245m3/h，但是实际运行流量仅为110m3/h。通过频谱监测，在此参数下，四倍频叶片通过频率的振动频率时，机组振幅最大。在200Hz振幅时，该泵叶轮叶片数为4片，即4倍频，这就证实了泵振动的原因是由于泵的水力不平衡引起。按照水泵原理，如果泵的实际运行工况处于设计工况以外范围，其径向力不平衡，与设计工况点越大，径向不平衡力就越大。如果实际运行中流量比设计流量小，类似于扩散管内流体动压力缓慢增大。此外，流入压水室叶轮出口的绝对速度，实际流量越小，该绝对速度越大，并且方向也发生改变。压水室内的液流与次液流相遇时，因为方向与速度的不同，会产生撞击损失。同时在撞击时，叶轮内流出液体的速度降低，动能转换为压力能，导致压水室内液体压力增大。在撞击过程中同时消耗掉一部分动能。在径向力产生的原因中，叶轮流出液体的动反力对叶轮的作用也是主要原因。因为该泵实际运行中，并不处于设计流量点，所以在叶轮轴上，压力并不是对称分布的。所以，压水室压力、流出叶轮液体的速度均不对称，出现压力小的地方流速大，压力大的地方流速小的情况，并且方向相反。通常认为径向力是上述两个力的合力，所以水力不平衡是导致该泵出现振动的根本原因。对于泵体为双蜗壳结构的泵来说，其径向平衡力理论上是可平衡的，但是由于制造过程中存在影响因素，通常不平衡径向力都会有残余。通过相关研究显示，双蜗壳结构泵在设计流量的50%左右时，比单蜗壳泵径向力小2/3至3/4。
3、改造方案与结果
为了对该泵存在的振动问题进行解决，对叶轮重新设计，叶轮安装尺寸不变，保证该泵的扬程为240m，额定流量为110m3/h，确保该泵运行时，处于设计范围内，可有效降低径向力。考虑到流量减少以后，叶片通过频率、脱硫减少及叶轮流道的变化等需求，设计改造新叶轮时，应用两段变曲率的大出口角叶轮，包含五个叶片，通过对新叶轮进行测试，显示泵的振动幅度大幅下降，完全满足生产需求，并且在流量为110m3/h时，垂直方向、水平方向泵的振动幅度均大幅降低，符合相关标准要求。
4、结论
该泵由于径向力不平衡导致振动发生，一般情况下，在扬程较高、转速较低的离心泵中，如果与设计工况偏离过大，运行中就会出现噪声、振动超标的情况。对此类问题进行解决中，可对泵的型号重新选择，确保运行参数匹配；也可以改造叶轮，对振动问题进行解决。本文针对双支承BB2型减底泵振动问题，通过叶轮改造，有效的解决了振动幅度过大的问题，取得了较好的经济效益。经过运行检测，机泵运行的稳定性、可靠性均得到提升，降低了后期维修养护费用，并且在恶劣工作条件下也能较好的运行。
参考文献：
[1]解喆，王振波，付耀铭.常减压装置塔底泵机械密封压盖冷却水系统改造[J].水泵技术，2011，06（24）：42-43.
[2]刘军峰.减压塔底泵机械密封失效分析及预防措施[J].炼油技术与工程，2013，08（25）：36-37.
[3]莫才颂，张小勤，吴海智.分馏塔底热油泵机械密封故障分析与解决措施[J]. 压气动与密封，2013，02（17）：95-96.
[4]胡敬宁，刘三华，江伟，等.基于CFD的高温减压塔底泵次级叶轮优化设计[J].排灌机械工程学报，2010，02（27）：127-131.
[5]董钦敏，李越，杨溢.高温减压塔底泵水力性能设计探讨[J].水泵技术，2014，04（15）：26-30+35.

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