含硫污水磁力泵轴承引入新水冷却润滑方案

　　含硫污水装置的磁力泵在运行过程中发生了多次烧损, 经过分析及查找发现, 介质中含有杂质颗粒是泵发生烧损的根本原因。提出解决问题的方案并进行论证, 引入外部新水进行冲洗, 最终解决了泵发生烧损的问题, 保证了设备的长周期运行。

　　1 问题提出

　　克拉玛依石化公司的Ⅱ套含硫污水P-5402/A、B是2台原料泵, 泵送介质为含流污水。自该装置建成投产, 不到半年的时间里, 2台泵在运行过程中频繁发生烧损故障, 不但造成了装置生产波动, 还给检修单位带来了很大的维修工作量, 并造成了较高的维修成本。

　　机泵发生故障时, 会出现流量突然大幅下降, 引发DCS上流量报警, 有时流量显示甚至掉到零。停泵拆检几乎都会发现推力和径向滑动轴承摩擦副碎裂, 严重时滑动轴承上所有碳化硅部分全部损毁。

　　机泵数次故障都是在运行过程中突然发生烧损, 在巡检中很难发现故障征兆, 只有待内操监盘发现原料流量大幅掉落, 才发现出现状况。而且因为机泵故障频率高, 且无法保证故障发现及时性, 已经多次造成了装置生产波动。泵送介质为含硫污水, 在维修前的放空扫线中, 造成环境污染的同时, 其残余介质以及挥发H2S等有毒有害气体, 也极大危害了操作和检修人员的健康。这引起了生产车间、检修单位及公司处室等的关注, 所以对这一问题的研究和解决迫在眉睫。

　　2 改进的思路及方案实施

　　原料泵的泵型为单级磁力泵, 其在结构和原理上有别于普通离心泵[1]。它依靠高效率的内外磁套传动扭矩, 带动叶轮旋转做功。不锈钢材质的高导磁隔离套隔开内外磁, 起到完全封闭介质的作用。隔离套内部的叶轮转子, 采用了碳化硅轴套和轴承组合的滑动轴承型式, 依靠介质循环液来形成润滑油膜起到支撑和定位转子的作用, 所以要求介质必须有良好的洁净度。相当于出口压力的介质从泵盖引流孔进入内磁空腔, 一部分对内磁进行冷却, 然后直接通过中空的轴回到叶轮入口, 另一部分介质通过推力轴承、径向轴承的间隙流进叶轮后密封环以内的背叶, 然后经由平衡孔进入叶轮入口 (图1) 。

　　该泵滑动轴承组件, 包含了2组径向和推力轴承。径向轴承为前后2个轴套和轴承配合组成, 间隙一般为0.10 mm左右, 推力轴承副是由安装在转轴上的推力盘和轴承函中轴承的推力面组成。轴承的径向面和推力面上都开有供润滑和冷却介质通过的槽, 它和轴承间隙保证了润滑和冷却作用的实现。

　　图1 磁力泵结构

　　2.1 实施办法的筛选

　　根据设备结构, 通过查阅资料整理[2], 初步提出了如下3个改造方案。

　　(1) 将蜗壳出口的带压介质通过管路引至外部, 在管路中间段加滤网过滤介质后引至轴承、磁力套。

　　(2) 同上, 引出介质的管路中段加装旋液分离器, 分离其中固体杂质后液体引入。

　　(3) 利用泵房内洁净介质, 如采用新水, 通过管路引入。

　　前2个方案都存在一定的缺陷。首先采用滤网过滤来自出口的压力介质, 运行一段时间滤网难免会发生堵塞, 导致润滑冲洗不畅, 继续运行将会导致机泵烧损。采用旋液分离器, 需要在蜗壳进出口上都开孔, 而且还不能有效保证介质洁净。因为旋液分离器对夹带焦粉颗粒的介质, 难以达到期望的分离效果。滤网是否已经发生阻塞以及冲洗液是否仍存在杂质, 要在运行中监测是比较困难的。而且这2种问题的影响是一个日渐趋于严重的过程, 轴承不会立即烧损报废, 会表现在振动、温度上逐渐出现异常情况, 出现类似前述的故障。所以, 前2种方案达不到改造目的, 不可取。

　　第3个方案可以引入车间泵房内的新水作为冲洗液, 经过差压控制, 使其大于泵介质侧压力, 有效地阻止含杂质介质进入轴承腔, 满足轴承和内磁润滑冷却要求。因为新水洁净且压力稳定, 而且实际需要冲洗流量不大, 所以对新水消耗及工艺系统影响小。

　　2.2 机泵改造方案论证

　　(1) 引入冲洗液的要求。引入外部冲洗液, 主要需要考虑能否为内磁及轴承提供合适流量的润滑冷却液。对于内外磁来说, 运行中隔离套感应出涡流, 使内磁转子与隔离套之间的环隙区域存在高热量。所以必须有足够的冷却液通过此区域带走热量, 才不至于温度逐步升高使内磁转子失去磁性。而轴承润滑相对来说, 只要能够提供稳定的介质循环充满轴承腔体, 即能够保证轴承运行稳定[3]。

　　(2) 冲洗流量的核算。由于原先引入的内冲洗是接近蜗壳出口压力 (约1.8 MPa) 的介质, 经过Φ5 mm引流孔进入内磁空腔。此时采用的冲洗液即泵房内的新水, 其压力只有0.4 MPa, 所以必须核算是否能够满足提供足够流量的冷却冲洗。

　　磁力泵的功率为132 kW, 查阅手册涡流功率为17.6 kW, 经过核算至少需要过流1.2 m3/h的冷却水才能够满足磁力套不超温。同时根据经验, 冷却润滑液的流量通常为泵流量的1.6%, 机泵流量为80 m3/h, 可知需要流量约1.3 m3/h。所以, 需要核算的流量应≥1.2 m3/h, 当然还需考虑理论计算流量会大一些。

　　计划从原泵盖外侧引入, 设想以Φ10 mm泵盖引入孔核算冲洗流量。

　　已知从泵盖进入轴承座的开孔长度约120 mm, 内磁转子轴长344 mm。内磁转子轴中心通孔直径Φ12 mm, 设定泵盖冲洗引入孔径Φ10 mm, 所以可以取近似以Φ11 mm的孔径来进行计算。水的黏度在35℃时为0.722 cP (0.722×10-3Pa·s) , 机泵入口压力为0.08 MPa。

　　根据机泵结构, 按照液流流经细长孔的流量公式计算冲洗液的流量, 得出磁力套的冷却流量为1.3 m3/h, 满足磁力套的冷却要求。这也说明, 只需要扩原有的泵盖冲洗引入孔至Φ10 mm, 轴上通孔不需要再进行改动。

　　2.3 改造实施

　　利用原来泵盖上部的引流孔, 扩孔至Φ10 mm。而后对原孔口攻丝, 用丝堵进行封堵。再在泵盖的外侧钻Φ10 mm孔, 确保同原先的引流孔接通。泵盖外侧孔口, 安装接头联接新水管线 (图3) 。

　　改造完毕在运行中, 该泵实际的新水冲洗流用量约为1.2 m3/h, 机泵运行稳定。

　　后又在过滤器后安装压力表, 根据压力来判断过滤器是否堵塞。这样提前预知进口滤网的堵塞情况, 做到计划性的清理来有效保证泵的使用寿命。原料罐液位一般在9～10 m, 泵进口压力0.08 MPa, 如果压力掉下0.03 MPa以上, 就切泵清洗过滤器。

　　3 应用效果

　　Ⅱ套含硫污水原料磁力泵, 投用初期因不能适应介质中含固体颗粒的工况, 设备烧损事故频发, 一度造成生产波动, 但是经过改造, 引入外部轴承冲洗冷却液, 最终解决了磁力泵不能在杂质工况条件下运行的弊端, 保证了机泵长周期运行。机泵改造还解决了滤网堵塞会引发轴承缺液的故障, 确保轴承润滑充分, 即使量不足也不致烧损轴承。经过几年的使用, 运行情况良好, 维修率大为减少, 保证了装置平稳运行。目前, 这2台机泵已经纳入计划性维修保养, 平均2年检查一次。

　　改造前, 机泵每次检修都需要更换大量的易损件, 甚至有的时候还要更换内外磁总成、叶轮等非易损件, 检修成本支出非常大。按照检修更换配件清单, 对照配件价格, 依次计算历次检修的配件使用成本。

　　上半年检修成本总和:7334+101 393+6016+101 393+22 346+49 505=287 987元。

　　合计到全年, 改造前材料消耗费用=287 987×2≈57.6万元。

　　这样, 改造后设备2年1次计划性检修, 包括更换配件为轴承组件, 即轴套2件, 轴承2件, 推力盘2件, 平均一年一整套, 共计费用6016元。所以, 材料节约费用57万元。

　　4 技术创新点

　　本次改造建议的提出, 改变了磁力泵使用介质自行冲洗润滑的传统, 创造性地引入外部新水的方案。外部新水供应稳定、干净、可靠, 极大地改善了轴承的运行条件, 使长周期运行变为可能。同时也为类似问题的解决拓宽了思路。