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屏蔽泵轴承破裂原因分析与处理

来源:本站│ 发表时间:2020-04-02 

延长石油碳氢研究中心采用美国KBR公司输运床气化技术及自主开发的二段转化技术建设了一套100t/天的中试装置,该技术主要由输运床气化系统和二段转化系统组成,解决了常规流化床气化中的焦油残留、甲烷含量偏高、碳转化率偏低的问题,合成气产量高、质量好。同时,该技术具有处理原料范围广、单台气化炉处理能力大、节能环保等优点。该中试装置分为三个工段,分别为制粉工段、气化工段及净化工段。净化工段的主要作用为对产生的合成气进行降温、滤去粗合成气中飞灰及脱出合成气中的卤素及酸。该工段洗涤塔塔底循环泵为大连帝国产的高温分离B型屏蔽泵,该泵的轴承采用碳化硅材质,该泵在运行过程中出现轴承、轴套、推力盘破裂现象,影响装置的正常运行。
  1 屏蔽泵结构及主要故障
  屏蔽泵是用同一根轴将电机的转子与泵的叶轮固定在一起的,然后用屏蔽套将这一组转子屏蔽。电机的定子围绕在屏蔽套的四周,屏蔽套是由不锈钢金属制成的,因此可以通过磁场传递给转子,整个转子在泵送液体中转动。


  被输送液体由泵的吸入口进入泵腔,在高速旋转的叶轮作用下,液体能量增加,从泵的排出口排出,在泵排出口引入输送液体的(1%~3%)作润滑与冷却使用。
  循环液有两个流向,分别为:循环液流向一:泵排出口小孔-夹套式冷却循环管-RB型端盖-付叶轮-定子屏蔽套与转子屏蔽套的间隙-前侧轴承与前侧轴套之间的间隙。
  循环液流向二:付叶轮-后侧轴承与后侧轴套之间间隙-轴端中心孔。连接体上的倾斜小孔将叶轮产生的高压传入电机室,防止付叶轮产生汽蚀。

  在KSY装置第四次开车运行初期,点动屏蔽泵(411-JA)发现电机超流,泵未启动。点动(411-JB),泵启动正常,但在泵运行约24h后,停泵后再次启动,发现该泵无法启动。在对屏蔽泵(411-JA)检修过程中,发现轴承、轴套、推力盘、转子、定子表面存在大量焦油和固体颗粒。同时在拆卸过程中,滑动轴承粘结在轴承座里,很难将其取出,取出后发现轴承、轴套、推力盘均存在不同程度的裂纹;在对屏蔽泵(411-JB)检修过程中,发现定子与转子颜色变为红色,轴承、轴套、推力盘上存在少量的焦油和固体颗粒,检查泵入口过滤器,发现入口过滤器存在大量的焦油和固体颗粒。同时,检查发现两台泵的转子与定子表面均出现轻微划痕。
  2 屏蔽泵故障分析
  2.1工艺介质的影响
  屏蔽泵(411-JA/B)输送的介质为洗涤塔塔底碱液,经过气化反应生产的合成气在碱洗塔内进行洗涤,主要用于脱出合成气中的卤素。由于前工段未能达到设计值,反应生成的焦油未能全部热解,同时,旋风分离效果不理想,未能将合成气中的固体颗粒有效分离,使得洗涤塔底部沉积了焦油和砂子。沉积的焦油和砂子通过塔底出口管线法兰与泵的入口管线连接,使洁净度不高的碱液进入泵内。屏蔽泵是通过在排出口引入少量的输送液体(1%~3%总流量)作为润滑和冷却使用。依次对后轴承进行润滑冷却,然后再通过转子与定子的间隙进行冷却,再对前轴承进行冷却。最后经叶轮平衡孔回流到叶轮回眼口。如果输送介质含有杂质,洁净度不够,一方面使入口过滤器堵塞,泵的入口流量小于泵设计的最小流量,使得介质在泵内气化,或泵入口没有流量,泵出现干转现象。如泵(411-JB),转子与定子出现红色,长时间运转会导致电机烧坏。另一方面可能出现循环管堵塞,使得润滑和冷却效果下降,如果含有固体颗粒容易使转子与定子出现明显划痕,长期运行会导致转子和定子失效,同时电机烧坏。因此屏蔽泵在运行时一定要保证输送介质干净,同时入口流量必须大于泵设计时的最小流量。

  对于屏蔽泵(411-JA)在点动时未能启动,检修时发现轴承、轴套、推力盘、转子、定子表面存在大量焦油和固体颗粒,轴承与轴承座粘结在一起,无法拆下,通过蒸汽加热的方法才将轴承拆下。通过以上现象可以判断,泵输送介质的洁净度不高是引起轴承破裂的主要原因;对于(411-JB)泵轴承、轴套、推力盘上存在少量焦油,轴承并未与轴承座粘结在一起,但是拆开后发现整个转子颜色发红,入口过滤器存在大量的砂子,过滤器堵塞,可以判断出(411-JB)轴承破裂的原因为泵长时间在小流量下运行,并使得部分碱液气化,泵干转运行,使得转子表面发红。

  2.2轴承材质的影响
  该泵的轴承为滑动轴承,其材质选用碳化硅,碳化硅属于陶瓷,是以泥沙为主的SiO2,具有优良的耐化学腐蚀、耐磨、耐高温性能及硬度高、自润滑性能好、抗高温蠕变、摩擦系数小、导热系数高等优点,其根据烧结方式的不同,可以分为高压烧结、无压烧结和反应烧结三种,无压烧结碳化硅以其高耐磨性和低摩擦系数的优点,在屏蔽泵中得到广泛应用。但碳化硅的硬度高,致使其冲击韧性相对较低,在冲击和振动工况下,轴承容易破裂。屏蔽泵在启动或停止时会产生很大的轴向力。屏蔽泵运转时,叶轮的前后盖板所受压力不平衡而产生轴向力,通过转子作用在轴承上,同时由于轴承与轴套之间、转子与定子间隙存在焦油和固体颗粒物,使轴承与轴套、转子与定子粘结在一起,因此启动时,受到的轴向力超过设计允许的轴向力,使得轴套破裂。虽然碳化硅材质具有化学腐蚀、耐磨、耐高温性能及硬度高、自润滑性能好、抗高温蠕变、摩擦系数小、导热系数高等优点诸多优点,但由于其冲击韧性较低,在该工况下对于输送的含有焦油及固体颗粒、PH值呈弱碱性的介质,碳化硅材质的轴承不能满足的需求。
  3 处理措施
  3.1调整工艺系统
  经过现场分析,可以通过以下方法来确保工艺介质的洁净度及入口流量:
  (1)调整前系统的工况,尽量减少前系统带来较多的焦油和固体颗粒。
  (2)改变塔底出口管线位置,从塔底侧部将管线引出与泵的入口管线相连,使固体颗粒沉积在塔底部,同时将泵入口管线的尺寸由DN40的换为DN50的,保证泵的入口流量。
  (3)在泵的循环管线上增加过滤器,同时要确保增加过滤器后润滑和冷却液的流量。

  3.2更换轴承材质
  石墨材料可以通过浸渍树脂来提高材料的物理、机械性能,由于轴承的基体为石墨,就决定了轴承具有一定的自润滑性能,较小的摩擦系数,石墨轴承通过压制而成,浸渍树脂后,形成微孔性结构,提高了轴承的抗冲击韧性和抗折性。因此可以将轴承材质更换为浸渍石墨材质,以确保其抗冲击韧性的能力。
  4 处理效果
  通过调整工艺系统及更换塔底出口管线位置,使得屏蔽泵入口过滤器的固体颗粒及焦油含量明显降低,泵的入口流量远大于设计的最小流量,使泵入口流量的调节范围更广;在泵循环管线上增加过滤器使泵的自润滑介质的洁净度明显提高,运行一段时间后,对泵拆解检查,泵转子与定子的划痕明显减少;更换轴承材料后,泵的启动电流降低,运行过程中的振动减小。
  5 结语
  屏蔽泵适用于输送易燃、易爆、具有剧毒的所有化工液体,但输送介质必须干净,这样才能够保证泵的正常运行。通过以上改造措施,目前泵运行工况良好,能够保证装置的正常运行,同时提高了轴承的使用寿命,较少了备品备件的采购周期。确保试验的顺利进行。


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