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BB5型泵盘车卡涩问题研究

来源:泵友圈

文| 崔钟续 王志辉 胡壮 薛景天 杨洋 谭光宁 中化泉州石化有限公司

摘要:随着社会发展,各行业对大流量、高扬程的需求增加,BB5型泵的应用越来越多。一般情况多级泵运行较为稳定,日常故障多为机械密封泄漏、轴承损坏、振动大等,对于高温泵或者低温泵有时候会有盘车卡涩的情况,针对某现场常温多级泵运行时正常,停泵后盘车多次卡死故障进行深入分析,从口环设计间隙、口环材料硬度对比制造标准、制造厂装配各项数据、检修各项数据对比规范标准、工艺系统中是否存在杂质等方面查找原因,扩大解决思路,最终成功解决问题。

关键词:BB5型泵;盘车;卡涩;

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引言

在多级泵发明之前,19世纪是活塞泵的发展高潮时期,随着人们对泵出口流量的剧增,20世纪20年代,低转速、流量低的活塞泵逐渐被高速的离心泵和回转泵代替。20世纪初,人们解决了转子润滑和密封等问题后,1851年至1875年带有导叶的多级泵相继被发明,使发展高扬程离心泵成为可能。

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故障情况介绍

某装置无烯烃异丁烷泵P4142A/B制造厂家为苏尔寿,泵结构形式为卧式布置径向剖分多级高压筒型泵。结构参见,如图1。

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图1 泵结构示意图

泵共计11级叶轮,叶轮背靠背式布置(5+6)。介质为异丁烷,操作温度35℃,出口压力5.77MPa,流量为59.58m3/h,启动条件为出口阀全开自启动。

该泵2020年7月投用正常,振动值较小,水平/垂直振动为0.8mm/s和0.5mm/s,两侧数据相似。

2021年正常切换三次,每周盘车两次,未发现异常。

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故障经过及处理过程

2021年大检修前正常停泵,检修期间定期盘车时发现P4142B盘车卡涩,使用盘车器也无法盘动。随即拆检,发现中间轴套金属拉毛凸起,如图2、3。

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图2 中间轴套、衬套位置

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图3 中间轴套凸起

使用激光熔覆,表面硬度由30 HRC提高至45HRC,修复后径向跳动数据最大0.02mm,中间轴套、衬套间隙0.29mm,叶轮口环间隙0.43-0.55mm,转子总窜量6.9mm,止推间隙0.08mm。检查入口滤网、入口管道情况,未发现问题。

回装投用泵振动为1.1mm/s和0.6mm/s,两侧数据相似。

之后在2月8日,3月8日,P4142B都为运转时振动正常,而停泵后再次出现无法盘车情况。磨损情况也都为中间轴套、衬套磨损,卡涩,如图4、5。

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图4 中间轴套磨损

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图5 中间衬套磨损

3月8日检修后根据中间轴套损坏程度,决定更换新采购配件,并要求厂家增加配件硬度。检修后设备运行正常。7月15日正常停泵后盘车再次卡涩,拆检发现中间轴套、衬套轻微磨痕,一级叶轮口环处拉毛凸起,确认引起盘车卡死的主要原因,如图6。

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图6 一级叶轮口环磨损

更换叶轮口环并新调整轴承箱位置,调整同轴度偏差小于0.04mm。维修后启动振动水平、垂直3.5 mm/s和0.9mm/s(DE),2.9 mm/s和0.8mm/s(NDE)。通过频谱分析为1倍频成分,大概率是转子不平衡[1]所致,由于本次更换口环,疫情期间转子无法外送做动平衡。

8月15日,P4142A停车后盘车,出现无法盘车情况,停泵拆检发现中间轴套、衬套、平衡鼓、7级和10级口环磨损,如图7、8。

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图7 10级本体口环磨损

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图8 10级叶轮口环磨损

P4142A检修更换中间轴套、衬套,由于口环磨损较小,不会对轴向力影响过大[2-4]。未大面积拉毛凸起,打磨后回装,未更换口环。测量轴跳动、叶轮跳动、调整轴承箱位置,检查入口过滤器、检查泵出入口管线应力[5]、调整管线支撑,确认数据合格后回装。

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原因分析

前两次故障原因为中间轴套、衬套磨损[6-9],从测量轴跳动情况来看,轴未见弯曲,其他叶轮口环未见磨损,分析可能原因:

3.1 介质脏:异物进入轴套在间隙较小位置沉积,盘车致使硬物将中间轴套、衬套位置金属拉毛凸起。检查入口过滤器较干净,滤网为40目,对于造成中间轴套、衬套卡涩粒径应在0.1mm左右,泵入口滤网无法过滤该尺寸杂质。

3.2 口环等材质软:中间轴套、衬套金属材质为泵壳材质A743 CA6NM,叶轮口环材质A743 CA40,表面淬火处理,从损坏现象分析,该材质偏软,异物进入后引起金属凸起并黏合,导致无法盘车。按照API 610要求,口环耐磨表面应当具有至少50布氏硬度差,除非两种耐磨环表面硬度都超过400HB[10]。

3.3 轴跳动测量数据如下:如图9,表1(标准≤0.025mm)

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图9 测量轴跳动位置示意图

表1 轴跳动值

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3.4 叶轮口环跳动数据,跳动数据可以看出轴是否弯曲变形。测量数据如表2(标准≤0.05mm)

表2 叶轮口环跳动值

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3.5 叶轮口环间隙,口环间隙过大影响泵效率[11-14],过小易造成动静摩擦。测量数据如表3

表3 叶轮口环间隙值

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3.6 泵出入口管线应力:

泵出入口管线应力会影响泵的运行,经过现场检查发现出口管线错口1.2mm,重新焊接出入口管线确保错口小于0.5mm,角位移小于0.2mm。

3.7 泵初始定中问题:

泵两侧轴承箱在对角有两个定位销,如果初始定位不准将会导致转子与定子同轴度出现偏差,严重会造成间隙小的位置磨损。

通过检测泵转子与密封腔同轴度,发现偏差较大,非驱动偏差0.1mm,调整后数据如图10。

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图10 转子定中数据

3.8 轴挠度

该泵轴长2270.1mm,轴承位置直径60mm,跨度较大,轴存在一定挠度,挠度可以通过公式计算或者实际测量,但实际需了解制造厂在制作扩压器时是否考虑转子挠度问题。根据情况适当调整转子相对位置。

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原因进一步思考

几次故障现象为运转时未发现问题,停泵后盘车卡死,从现象分析造成盘车卡死的主要原因是中间轴套、衬套、口环材料磨损凸起,造成这样现象原因为动静零件摩擦,中间轴套、衬套间隙在0.28-0.32mm(直径),泵投用时间约2年,运行稳定,近半年造成动静磨损中间一定有诱因,通过扩大排查范围,该泵入口罐前有精制器过滤器,过滤精度为2μm,考虑过滤器是否存在问题。

通过工艺专业配合,精制器过滤器打开后发现精制器滤芯倾倒,部分滤芯短路,且在滤芯出口侧发现金属铁锈及沙粒,应该是造成卡涩的主要原因,如图11。

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图11 过滤器出口杂质

对于口环磨损时机有两种推测:(1)泵运转时磨损。(2)停泵后盘车磨损。根据深入分析认为停泵后盘车磨损可能更大,原因有:

1)泵运转时,电机扭矩较大,如果发生摩擦,所产生的热量较大,对于此类金属材质将产生更大的金属凸起,会导致泵在运转时抱死。

2)泵运转时轴套、衬套或口环两侧有差压,且零件间隙较小,即大杂质无法进入小间隙,小杂质进入再被冲出去,不会停留在中间轴套、衬套位置。

3)停泵后杂质沉积在泵底部,盘车后杂质仍保留在间隙中,口环圆周间隙并不相等,间隙变化杂质导致口环磨损卡涩,而后使用盘车器盘后加重磨损,而金属材质较软,金属拉毛凸起,造成卡死。

至于泵入口过滤器是否考虑增加目数,答案是否定的,理由是如果增加到能过滤0.1mm杂质,过滤精度过高,在入口过滤器堵塞时将会导致泵抽空,进而引起其他问题。

为验证硬度问题,使用里氏硬度计测量口环硬度,如表4:

表4 泵各位置硬度测量值

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洛氏硬度HRB和布氏硬度通过ASTM金属换算表查询近似156-187HB.当然通过里氏硬度计现场测量会存在一定偏差。查询ASTM A743 CA40最大硬度不超过269HB,CA6NM最大硬度不超过285HB[15]。从口环损坏情况看,硬度不够是主要原因。前两次临时熔覆的配件,虽说修复厂承诺硬度能达到45HRC,但拆检结果说明硬度并没有达到或者熔覆加工面较薄,硬杂质将表面破坏,最终仍拉毛凸起。所以解决该问题的根本方法还是增加配合零件硬度。

转子定中:定中正常在制造厂完成,现场不需要调整。但该泵在故障两次后,我们重新梳理了所有原因,决定扩大排查范围。调整定中步骤:先不安装机械密封,回装轴承箱。现场需要使用小直径千分表固定在轴上,千分表测量杆与密封腔内圆接触,旋转读数。调整轴承箱调节螺栓,改变转子位置。调整后重新为轴承箱加工定位锥孔,建议使用1:50锥度销。加工后使用定位销定位后复测定中值,复核调整值是否准确。

盘车频次:按照公司动设备管理制度规定每周盘车两次,查询了国内外多家泵厂说明书,如表5。

表5 不同泵厂对于盘车要求

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通过上表可得,从各厂家说明书上查询储存及运输维护间隔,差别较大,从实际工程建设期间及泵运转情况,大部分泵出厂至现场安装试泵,间隔6个月以上,实际试车并没有大批轴弯曲问题。而预冷/热问题国内与国外理念也完全不同,但从实际经验上看预冷/热期间盘车并不必要,与盘车频次一样,都值得商榷。

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总结

后续使用情况:在排查并整改各类原因后,泵投用运转正常,多次停泵后盘车再未出现卡涩情况,问题彻底解除。

设备故障后,需要从不同角度展开问题,不但从设备角度出发,同时也应考虑工艺系统的影响,另外设备厂家的安装参数也可以大胆怀疑,对比技术协议、制造标准等找出异常,尽可能做到全面排查,才能从根本上解决问题。

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