低溫乙烯泵運行故障分析

第51卷第6期化工設備與管道Vol. 51 No.62014年12月PROCESS EQUIPMENT & PIPINGDec. 2014機械與密封●低溫乙烯泵運行故障分析楊永光，邢桂坤，范吉全，王小鵬(中國寰球工程公司，北京100012)摘要:簡(jiǎn)要介紹了VS6型立式筒袋泵在輸送低溫介質(zhì)時(shí)發(fā)生的機械密封泄漏的情況，就產(chǎn)生問(wèn)題的原因進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，提出了避免以及解決此類(lèi)問(wèn)題的技術(shù)方法。關(guān)鍵詞:軸承載荷;軸承壽命;平衡力中圖分類(lèi)號: TQ 051.2; TH3文獻標識碼: B文章編號: 1009-3281 (2014) 06-0039-0041概況2故障分析I"-6|在某LEG (液態(tài)乙烯)接收站項目中，安裝有2.1隔離液泄漏 原因分析三臺LEG泵，其中一臺為冷循環(huán)泵，其作用是將乙故障發(fā)生后，現場(chǎng)工作人員首先對冷循環(huán)泵進(jìn)烯儲罐中的低溫乙烯送至卸船碼頭后，經(jīng)復線(xiàn)回流至行了拆檢。工作人員拆下推力軸承，推力軸承為兩套乙烯儲罐，使卸船管線(xiàn)時(shí)刻處于低溫狀態(tài)。另外兩配對式角接觸球軸承(型號為7315BECBJ)。拆下軸臺為L(cháng)EG輸出泵(一開(kāi)一備),其作用是將儲罐中的承后發(fā)現軸承保持架已損壞，手動(dòng)旋轉推力軸承發(fā)現液態(tài)乙烯輸送至換熱器，氣化后送至界區外下游裝軸承運轉聲音不正常，噪聲較大，軸承的運轉間隙也置。冷循環(huán)泵和輸出泵均采用進(jìn)口立式筒袋泵，即較大，見(jiàn)圖2。檢查機械密封的密封環(huán)、0形圈等相API 610標準中VS6的結構形式，其結構示意圖見(jiàn)圖關(guān)部件，均未發(fā)現損壞的現象，因此初步判斷機械1。配套奧地利SKF軸承和德國約翰克蘭生產(chǎn)的集裝密封泄漏的原因并非是密封本身?yè)p壞而引起的，可能式串聯(lián)機械密封。裝置開(kāi)車(chē)初期冷循環(huán)泵和LEG輸是由于軸承的損壞而使泵軸向位移過(guò)大或徑向變形，出泵運行比較正常，但在一-周后， 發(fā)現隔離液出現大造成泵送隔離液大量泄漏。量泄漏現象。向心推力球軸承密封箱體平衡軸向力裝置進(jìn)出水管架動(dòng)圖2 損壞的推力軸承葉輪導葉FFig.2 Damaged thrust bearing首級葉輪誘導輪2.2軸承損壞的原 因流體動(dòng)力軸承找到隔離液泄漏的原因后，分析軸承損壞主要原因可能有兩個(gè):收稿日期: 2(中國煤化工圖1泵結構圖作者簡(jiǎn)介:楊MYHCNMHG人，高級工程師。Fig.1 Pump section drawing主要從事轉動(dòng)設備的設計工作。..40.化工設備與管道第51卷第6期(1)軸承潤滑不良。(2) F。平衡鼓產(chǎn)生的反向軸向力(2)軸承承受的載荷超過(guò)允許值。F,-=3.14 (P.-P2) (R-R門(mén))(3)LEG循環(huán)泵和輸送泵徑向軸承和推力軸承都采式中P一平衡鼓 與末級葉輪間的壓力，Pa;用油浴潤滑，出現故障拆檢后發(fā)現軸承潤滑油品質(zhì)良平衡鼓后的背壓，Pa;好，潤滑油沒(méi)有出現變質(zhì)等情況，可以排除由于軸承R一 平衡鼓直徑，m;潤滑不良造成的故障;剩下的唯一-個(gè)原因 是軸承所R一葉輪輪轂半徑， m。承受的力超過(guò)軸承的允許值造成軸承短時(shí)間內損壞。由以上公式可以看出，當泵正常運行時(shí)，泵葉軸承承受的載荷主要包括兩部分:徑向力和軸向力。輪產(chǎn)生的水力載荷和轉子的重力是固定值，而平衡2.2.1軸向受力分析鼓產(chǎn)生的向上軸向力F和P: (平衡鼓與末級葉輪間軸承所承受軸向力是由泵葉輪產(chǎn)生向下的水力的壓力)與P2 (密封腔后的壓力)之差成正比關(guān)系。加上泵轉子自身的重力減去平衡鼓產(chǎn)生的向上的軸因P壓力基本不變，所以平衡鼓產(chǎn)生的向上的軸向與P2有關(guān)。根據制造廠(chǎng)提供的泵的流程圖(見(jiàn)圖4)向力(見(jiàn)圖3，上部軸承為推 力軸承)。和制造廠(chǎng)推薦的配管圖(見(jiàn)圖5), N5接口為密封腔的排氣口，制造廠(chǎng)要求將該口接至人口罐的汽相(低壓由區)，這樣泵的高壓區(平衡鼓下側)和密封腔(平衡↓F.鼓上側)的低壓區形成-一個(gè)壓差，這個(gè)壓差作用在平衡鼓上，形成向上的反向軸向力，以平衡葉輪產(chǎn)生的向下的軸向力，殘余軸向力由軸承承受。在現場(chǎng)對該管線(xiàn)進(jìn)行檢查時(shí)，發(fā)現N5口至儲罐的管線(xiàn)與放空口N3合并為-條。按照制造廠(chǎng)的要求，該N3管口應接至人口罐的汽相或至火炬，其主要目的是在泵葉輪入口側將汽態(tài)乙烯排空，以防止泵出現汽蝕，而現場(chǎng)配-→F管時(shí)將該兩個(gè)接口的管線(xiàn)合二為一(見(jiàn)圖6)，即從泵N3、N5 接口引出的管線(xiàn)約1.5 m后將兩條管路合并為- - 條管路。隨著(zhù)LEG儲罐液位的升高，泵入口壓力升圖3軸承受力分析高，液相LEG通過(guò)N3口進(jìn)人泵密封腔的排氣口，而Fig.3 Load analyses of bearingLEG進(jìn)入平衡管從而增加了N5接口的背壓，即提高了軸向力計算公式如下:P2的壓力。這樣就會(huì )使平衡鼓產(chǎn)生的反向軸向力大大F.=F:+Fg-F。(1)減小，從而增加了軸承的軸向載荷。式中F-總的軸向力， N; .向下的水力軸向力，N;Fg-轉子的質(zhì)量， N;F。一平衡鼓向 上的平衡力，N。其中(1) F向下的水力載荷F.=3.14kpgH(R.2. -R)I(2)NSF式中H一泵的單級揚程， m;3一每一葉輪密封環(huán)半徑，m;R-葉輪輪轂半徑， m;一泵級數。k-系數，當n;=30~100時(shí)， k=0.6; 當n=中國煤化工100 -220時(shí)，k=0.7; 當n,=240 -280時(shí)，MHCNMHGk=0.8。Fig.4 P&ID ofLEG pump.2014年12月楊永光，等.低溫乙烯泵運行故障分析.41泵的設計工況參數如下:(1)循環(huán)泵流量: 35 m/h (設計點(diǎn))，查性能曲線(xiàn)最高效率點(diǎn)約為45 m/hLEG TANK揚程: 156m人口壓力(G); 0.026~0.137 MPaL .IQUID出口壓力(G): 0.89 MPa乙烯密度: 566 kg/m'溫度: 103 °C .(2)輸出泵流量: 45 m/h (設計點(diǎn))，查性能曲線(xiàn)最高效率揚程:562m圖5 制造廠(chǎng)推薦配管圖人口壓力(G); 0.026-~0.137 MPaFig.5 Recommended piping connection draft by manufacturer出口壓力(G): 3.145 MPa乙烯密度: 566 kg/m3溫度: 103 C出現故障時(shí)DCS中控室記錄循環(huán)泵操作參數如下:LEG循環(huán)泵人口壓力(G)約為0.08 MPa，出FLIQUID口壓力(G) 約為0.72 MPa,壓差為0.64 MPa,計算揚程為115 m,根據實(shí)測的性能曲線(xiàn)可查出該點(diǎn)的流量約為57 m/h,流量比57/45-126%。LEG輸出泵人口壓力(G)約為0.08 MPa,出口壓力(G)約為2.6 MPa,壓差為2.52 MPa,計算揚程為454 m,根據實(shí)測的性能曲線(xiàn)可查出該點(diǎn)的流量約為56 m/h,流量偏大56/45=124%。根據公式(4)實(shí)際操作點(diǎn)和最佳效率點(diǎn)流量比圖6項目現場(chǎng)實(shí)際配管圖值越大，其產(chǎn)生的徑向力就越大，泵實(shí)際運行所承受Fig.6 Actual piping connection draft at job site的徑向力遠大于設計值。2.2.2徑向受力分析由以上分析可以推斷，軸承損壞是由于泵實(shí)際泵的徑向力計算公式如下:運行所承受的徑向力和軸向力過(guò)大引起的。F;=9.81 X0.36[(1-Q/Q.鬥]H D2B2X10' N(4)3整改措施式中H泵揚程， m;D2--葉輪外徑， mm基于以上分析，現場(chǎng)對LEG循環(huán)泵和LEG輸B2--所括 蓋板的葉輪出口寬度，m;出泵分別采取了以下整改措施:Q泵實(shí)際流量， m/h;(1)更換已損壞的推力軸承。Q.一泵最高效率點(diǎn)流量， m/h。(2)現場(chǎng)管線(xiàn)。關(guān)閉N3口的出口閥，將N3接由式(4) 可以看出，在偏離最高效率設計的工口和N5接口斷開(kāi)，以防止LEG竄至平衡管線(xiàn)，拆況流量點(diǎn)太大和太小都會(huì )使徑向力變大(泵曲線(xiàn)比較下N5管線(xiàn)的背壓閥，減小平衡鼓后的背壓P2,增加平緩，揚程變化較小，其影響可暫忽略)。平衡鼓前后的中國煤化工承所承受的軸計算出F.后，可根據杠桿原理計算出推力軸承向載荷。DHCNMHG所承受的徑向力Fr，Fn 和F,成正比。(3)調節泵出口閥。以控制泵出口壓力將其流..42.化工設備與管道第51卷第6期量調整在泵的設計工況點(diǎn)附近，使實(shí)際操作點(diǎn)和最佳介質(zhì)壓力等級等相關(guān)信息，必要時(shí)應提出管口連接建效率點(diǎn)流量比值盡可能接近1,最大限度地減少泵的議，以減少不必要的干擾，對設備造成潛在的危害。徑向力，使泵處于-一個(gè) 比較理想的工作狀態(tài)。(3)在泵的運行過(guò)程中，應注意 監測泵的性能重新開(kāi)車(chē)后循環(huán)泵運轉正常，再沒(méi)有出現隔離參數(流量、揚程、出口壓力等)，及時(shí)調整泵出口液泄漏情況。閥門(mén)開(kāi)度，使其處在- -個(gè)比較理想的工作狀態(tài)，以保證泵平穩、安全的運行。4結束語(yǔ)處理溫度較低、易汽化的介質(zhì)時(shí)，如果采用結參考文獻構復雜、對外接口較多的VS6型泵，應注意以下幾[1]王松漢. 石油化工設計手冊(第3卷)[M].北京:化學(xué)工業(yè)個(gè)問(wèn)題:出版社，2002.(1)泵設計余量不宜過(guò)大，即使實(shí)際操作流量[2]關(guān)醒凡現代泵技術(shù)手冊[M]北京:宇航出版社，1995.應盡可能靠近最佳設計點(diǎn)流量，防止泵軸承承受過(guò)大[3]全國化 工設備設計技術(shù)中心站.工業(yè)泵選型手冊[M]北京:化學(xué)工業(yè)出版社，2010.的徑向力。[4]丁成偉 .離心泵與軸流泵[M].北京:機械工業(yè)出版社.(2)弄清各管口的作用和處理的介質(zhì)情況。泵.[5]丁成偉 .葉片泵原理及水力設計[M].制造廠(chǎng)應提供明確的管口表，注明各管口口徑、處理[6] SKF公司.SKF軸承手冊[M]. 上海:上?？茖W(xué)技術(shù)出版社.Analysis of Failure Occurred in Operation of Low Temperature Ethylene PumpYANG Yongguang, XING Guikun, FAN Jiquan, WANG Xiaopeng(China HuanQiu Contracting & Engineering Co, Bejing 100012, China)Abstract: In this article, the leakage in the mechanical seal of VS6 vertical cylindrical pump for transnitting low temperaturemediums was briefly introduced, and the cause was analyzed. Then, the tchnical method for solving this problem was presented.Key words: bearing load; life of bearing; balance force(上接第38頁(yè))Application and Analysis of Incinerator and Oil Heater Combined SystemZHANG Weibing, HU Hengjin, WANG Ying, ZHANG Honggang( Shanxi Liquefied Natural Gas Invest Development Co., Ltd, Xian 710016, China)Abstract: In this article, the process of heaing hot oil by using the energy resuted from waste gas combustion so as to realize heatrecovery was briefly described. Meanwhile with the description of the type of the oil heater in incinerator and hot oil heater combinedsystem and the system design property, the pros and cons in economical and operational characters were analyzed and compared.Key words: incinerator; hot oil heater; combined system中國煤化工YHCNMHG.