涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？

化工活动家

2021年5月24日 14:49

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编辑 | 化工活动家

来源 | 石油化工设备技术、上海石化

作者 | 董飚王远光

关键词 | 加氢装置进料泵流量低轴位移偏大

共 3121 字 | 建议阅读时间 13 分钟

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图1

导读

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图2

上海石化390×10ˇ4t/a渣油加氢装置是该公司炼油改造工程中的主体装置，采用中国石化工程建设有限公司开发的固定床渣油加氢技术。为了提高渣油加氢装置的脱杂质率，选择石科院开发的脱硫催化剂RMS-30、脱金属催化剂RMS-35等新一代RHT系列渣油加氢催化剂。装置的反应部分设置A、B两个独立的系列，每个系列的流程都是：滤后渣油原料经反应进料泵升压后，与循环氢、新氢的混合氢混合；混氢油先后与热高分气、反应产物换热后，进入反应进料加热炉加热，再进入加氢反应器，在催化剂的作用下，进行加氢反应；反应产物进入热高分分离器。两个系列都有独立的反应进料泵、循环氢压缩机、反应进料加热炉、加氢反应器、热高分分离器、热低分分离器，也都设置了液力透平，回收从热高分分离器到热低分分离器的能量，用于驱动反应进料泵。两个系列可以实现单开单停。

反应进料泵是渣油加氢装置的核心设备，是保证装置长期安全生产的关键。两个系列的反应进料泵位号分别为P-1102A、P-1802，共用1台备泵P-1102B。3台泵均为德国苏尔寿公司制造的BB5型双层壳体泵，型号为GSG150-360/6+6。其操作条件如下：介质为渣油，流量300m3/h，入口压力0.6MPa（表），出口压力19.95MPa（表），扬程2342m，操作温度255℃，轴功率2339kW。

流量偏低、轴位移偏大的关系

2018年初发现反应进料泵P-1802流量偏低于P-1102A，但是仍能够维持处理量的要求，因此没有引起足够的重视。后来泵的轴位移开始偏大，约为0.33mm左右（报警值为0.32mm，联锁值为0.36mm）。当时由于平衡管压力在0.7~0.8MPa（正常为0.5~0.6MPa）之间，因此怀疑为泵盖节流衬套磨损、间隙偏大所致。于2018年7月2日停泵检修，检查推力轴承、支撑轴承，结果显示，轴向总窜动量为0.33mm，轴瓦间隙0.14mm，节流衬套、轴套有一定磨损，故对其进行了更换处理。7月6日投用后，轴位移仍然保持在0.35mm以上，只能将轴位移联锁予以解除，维持运行。2018年6月2日~7月21日期间轴位移随时间的变化见图1。

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图3

该泵轴位移设计零位为副推力瓦贴紧，且由于泵的非驱动端安装有主油泵，轴位移探头与泵轴心成45°夹角，使得实际轴窜动量是探头显示值的1.414倍，也就是说，轴向总窜动量为0.33mm的话，轴位移最大应显示为0.24mm。因此怀疑仪表探头有问题，并在2018年10~11月B系列检修期间，又对轴承进行了检查，更换了轴位移探头。但是，11月开泵后，随着装置负荷的上升，轴位移依然保持在高位。2018年11月3日~12月1日期间轴位移随时间的变化见图2。

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图4

对P-1802泵的非驱动端轴承进行了检查，结果如下：

①总窜量为0.35mm，DCS显示0.25mm。这是安装了工装推出来的结果。

②转子向入口端即电机侧移动，轴位移为正。主推力也在这一侧。

③主推力瓦块的背后支撑确实存在弹性问题。因为安装了主推力轴承、轴承箱，且转子贴近主推力瓦后，向电机侧拉动转子，现场联轴器侧、非驱动端指针分别移动了0.11和0.06mm；松开工装后，两端均回零。

④检查推力盘固定轴套斜面的跳动约0.02mm（无法准确测量），径向跳动0.03mm，对轴位移的影响应该不会太大。

⑤联轴器开档距离存在偏大的问题，增加了1.4mm的垫片。

通过对上述检查结果进行认真分析，才逐渐将泵流量偏低与轴位移偏大联系在一起，发现二者不是孤立的问题，而是有关系的。原因如下：

该泵有（6+6）个叶轮，分两段，背靠背布置。因其没有平衡鼓套，运行中产生的总轴向力全部由推力轴承承受，因此总轴向力应该不会太大。可以判断，两段的扬程差不多，轴向力大小也相近，但是方向相反，1段轴向力指向驱动端，2段轴向力指向非驱动端。

但是随着零部件的磨损，2段出口（即泵出口）向1段出口的回流增加，流量下降的同时，提高了1段出口压力和2段入口压力。1段出口压力的升高使得1段的轴向力增加，2段入口压力的升高使得2段轴向力减小，导致总的轴向力成2倍地增加。比如，1段的轴向力增加1T，2段轴向力减小1T，总的轴向力就会增加2T。

图3为2017年10月12日~2018年8月10日期间流量与轴位移（×1000）的变化情况。

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图5

由图3可见，流量下降，轴位移上升，验证了轴向力增大的判断。

当时采取的方案为：改变轴位移探头的零位，投用轴位移联锁。将转子放在离副推力瓦0.14mm的位置，安装轴位移探头，调零位，根据推算，DCS显示会在0.25mm左右。图4为2018年1217日开泵后轴位移的变化情况。

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图6

由图4可见，轴位移仍在持续上升，达到0.32mm。这说明泵内零部件冲刷、磨损仍在加剧，内部泄漏日严重。

该期间轴的总窜动量应该为：

0.32×1.414+0.14＝0.59mm

主推力瓦块的背后支撑的变形量为：

0.59-0.35＝0.24mm

转子这么大的总窜动量是由转子的轴向力引起的，与转子的受热膨胀关系不大，因为转子的推力轴承、轴位移探头安装在同一侧，且探头就安装在轴承箱壳体上。由此可见，转子承受的轴向力是非常大的。2019年1月25日，P-1802停止运行，切至P-1102B运行。

泵内部回流的可能原因

为什么会发生2段出口（即泵出口）向1段出口回流持续增加的现象呢？要弄清楚这个问题，需要了解该泵的结构。泵的结构见图5，段间Ⅰ局部放大见图6。

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图7

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图8

泵分两段，每段6个叶轮，背靠背布置。在泵芯壳体有1段泵芯和2段泵芯。1段泵芯包括入口壳体、1~6级壳体、段间壳体，由螺栓连接在一起，在驱动端的固定块和顶丝的作用下，与泵壳体的入口端贴合在一起；2段泵芯包括7~12级壳体，由螺栓连接在一起；在1、2段泵芯之间的弹簧作用下，2段泵芯与泵盖贴合在一起，且在驱动端的固定块和顶丝的作用下，与泵壳体的入口端固定在一起。

介质在泵内的流动方向是：从驱动端的泵入口进入，经过6级叶轮的升压，从段间壳体的1段出口流出，而后经过2段与泵壳体间的空间流道、非驱动端的2段入口，再经过6级叶轮的升压，从段间壳体的2段出口流出到泵出口。

段间壳体既有6级叶轮出口的流道，又有12级叶轮出口的流道。两段泵芯之间，也就是图6中的段间壳体与级间壳体之间处于脱离的状态。图6中，段间壳体有3个地方要承受12级出口与6级出口之间近10MPa的压差，具体为：与泵壳体之间通过C形密封圈2进行密封处；与级间壳体之间通过C形密封圈1进行密封处；与轴之间通过减压衬套进行减压处。C形密封圈1、2是非常关键的，其截面为C形，C的里面有弹簧，增加其弹性。C形密封圈利用C的上侧、下侧与零部件表面的紧密接触产生密封效果。C形密封圈1、2损坏或减压，导致衬套磨损严重，就会造成泵内部回流严重。

故障原因分析及措施

对泵P-1802进行泵芯拆卸、解体、清洗后，发现C形密封圈1损坏非常严重，有2/3完全被冲刷掉，剩下的1/3也处于碎的状态。与C形密封圈1相配合的段间壳体的两个内圆、级间壳体的两个外圆冲刷严重，其冲刷情况分别见图7和图8。

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图9

C形密封圈2也有损坏，即将发生断裂，见图9。与C形密封圈2相配合的段间壳体的外圆、端面也有冲刷，见图10。

涨知识│加氢装置反应进料泵流量偏低与轴位移偏大有何关联性？的图10

检查了叶轮口环间隙（实际0.60~0.72mm，要求0.50mm）、级间口环间隙（实际0.87~1.38mm，要求0.50mm）、泵盖节流衬套与轴套间隙（实际0.62mm，要求0.38mm）、段间减压衬套与轴套间隙（实际0.71mm，要求0.38mm），发现均有一定超标。

由此可见，该泵流量偏低的主要原因是：C形密封圈1损坏，相应的配合面冲刷严重；减压衬套、轴套磨损；口环磨损。而轴位移偏大的主要原因是：C形密封圈1损坏，减压衬套、轴套磨损，泵内回流加大，平衡了轴向力，导致推力轴承承受了比较大的轴向力。

C形密封圈1为什么损坏这么严重呢？原因分析如下：出现上述问题前，根据平衡管压力上升的情况，曾经在现场拆卸泵盖（见图5中的“6”），更换减压衬套（见图5中的“14”）；泵盖拆卸后，2段泵芯会失去轴向的压紧力，轴向会向泵盖侧移动，特别是还会下沉，使得C形密封圈1发生扭曲变形，复位后，C形密封圈1与密封面的接触不可能恢复到原来的状态，造成损伤。正确的检修方法是：拆卸泵盖、更换减压衬套前，应该将泵拆除、直立，这样就可以避免对C形密封圈1的损伤。

根据零部件损坏的情况，更换了减压衬套、轴套、C形密封圈1和2、叶轮口环等。泵经过上述处理并重新投用后，流量、扬程恢复到出厂的状态，轴位移、振动等机械性能良好。

结论

（1）泵的流量偏低与轴位移偏大不是孤立的问题，二者都是由于泵内部零部件的冲刷、磨损造成内回流加大引起的。

（2）泵的内部回流增大，既引起泵流量下降，又引起段间压力上升，破坏了轴向力的平衡，使得推力轴承承受了很大的轴向力，导致轴位移偏大。

（3）泵的内部回流是由C形密封圈1损坏、减压衬套磨损造成的。而C形密封圈1的损伤则是由于检修时未将泵体直立，导致C形密封圈1发生变形造成的。

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本日文末福利：《泵选用手册》

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