强自吸双吸循环水泵故障多发的原因分析与对策

第51卷第3期2014年6月化工设备与管道PROCESSEQUIPMENT&PIPINGVol.51No.3Jun.2014收稿日期：2014-04-15作者简介：符汉洪（1976—），男，广东茂名人，工程师。主要从事炼厂设备管理工作。强自吸双吸循环水泵故障多发的原因分析与对策符汉洪（湛江东兴石油化工有限公司，广东湛江524012）摘要泵轴的断裂原因涉及操作环境、材质、轴负荷、汽蚀以及装配质量等多个方面，其中之一或更多方面的共同作用都会导致泵轴在运行时断裂，通过对循环水场两台双吸泵的断轴故障原因分析，提出改造措施，消除了断轴现象，保证了水泵的长周期安全运行。关键词吸入性汽蚀；扭矩负荷；共振；相对位置偏差中图分类号：TQ051.2；TH31文献标识码：B文章编号：1009-3281（2014）03-0053-003循环水泵P9300A/B/C是某公司在2004年一期改扩建时与新增的凉水塔一起配套安装的，该泵是强自吸双吸离心泵，型号为800SSK4000/60-900，轴功率760kW，扬程60m，流量4000m3/h，效率89%。自安装投用以来，P9300C泵曾因挡水环和填料漏水造成轴承磨损，通过改造为软填料和改造挡水环后，此泵一直运行平稳。但是P9300A/B两台泵则故障频发，从2007年春节第一次断轴以来，这两台泵共发生断轴和裂轴现象4次（断裂面见图1），更换泵轴和叶轮多次。图1泵轴的断裂面Fig.1Pumpshaftfracturesurfacet1原因分析[1-11]1.1汽蚀因素离心泵在运转过程中，其过流部分的局部区域（通常是叶轮叶片进口稍后的某处）因为叶片的形状和液流在其中突然改变方向等原因，在叶片进口附近的非工作面上形成局部低压区，当抽送液体的绝对压力降低到该温度下的液体饱和蒸汽压时，液体便在该处开始汽化，形成气泡，当含有大量气泡的液体向前经过叶轮内的高压区时，气泡周围的高压液体致使气泡急剧地缩小以至破裂。在气泡凝结破裂的瞬间，液体质点以很高的速度填充气泡破裂形成的空穴，在此瞬间产生很强烈的水击作用，并以很高的冲击频率打击金属表面，其局部冲击应力可达几十兆帕，冲击频率可达每秒几万次，严重时会将叶轮叶片击穿[1]。然而，气泡的产生除了上述原因外，还有可能是被直接吸入的。经过对这两台泵的多次解体检查和现场调查，发现泵的安装设计存在不足：泵入口距凉水塔水池太近，凉水塔水池内的水位过低。A/B两台泵入口距凉水塔水池不到2m，而C泵入口距水池有5m多；凉水塔水池内的正常水位距泵的入口管上缘只有约0.6m，这样从凉水塔流下的富含溶解氧且带气泡的水流也就容易被直接吸入泵内，从而造成汽蚀。为了区分两种气泡产生的汽蚀，我们可以把前一种汽蚀叫做汽化性汽蚀，而把后一种直接吸入气泡的汽蚀叫做吸入性汽蚀。气泡成因的不同会导致气泡在叶轮中受压破碎的位置不同，也就是产生汽蚀的位置不同。从拆检叶轮的实际汽蚀部位分析，可以判断P9300A/B/C这三台泵的汽蚀都是属于吸入性汽蚀。因为如果是汽化性汽蚀，汽化发生的部位应是叶轮吸入口压力最低的部位，即是叶轮叶片入口段，随着叶轮内介质在叶片作用下从低压区流向叶轮出口的高压区，气泡受压破裂形成汽蚀。所以汽化性汽蚀的发生部位应靠近叶片的中段至出口的部位。当然，这并不是说发生在叶片中段至出口部位的汽蚀就一定是汽化性汽蚀，因为吸入性汽蚀中的一部分气泡也会在叶轮的这个部位因受液体压力作用破裂而产生汽蚀。图2是P9300A泵中发生在叶轮叶片中段的吸入性汽蚀。第51卷第3期·54·化工设备与管道图2左侧流道中段的汽蚀破坏Fig.2Middleoftherunnerontheleftsideofcavitationdamage而P9300A/B的汽蚀部位都发生在叶片的入口部位，这说明介质中本来就存在气泡，液体夹杂气泡按轴流方向进入叶轮，受叶片对液体搅动产生的涡流低压区的作用，从叶片入口段的背面进入叶轮流道，这个过程又是一个从轴流转变成径流的过程，这时质量远不及液体大的气泡更容易在涡流低压区回旋，在液体改向的挤压下，大量的气泡直接破裂在叶轮叶片入口段的背面并产生汽蚀，如图3~4所示。另外，如果是汽化性汽蚀，由于P9300C较长的吸入管的阻尼作用，其叶轮入口的压力应该相对P9300AB更低，汽蚀现象应该比P9300A/B强烈，然而事实却相反。这也能说明P9300A/B/C三台泵的汽蚀现象是吸入性汽蚀。既然都有吸入性汽蚀，为什么却只有A/B两台泵会断轴或裂轴呢？图3受吸入性汽蚀破坏的叶片入口背面表面涂层Fig.3Theinhalationofvaporcorrosiondamagethebladesbackentrancesurfacecoating图4吸入性汽蚀对叶轮表面涂层和叶轮的破坏Fig.4Inhalationvapo