低温乙烯泵运行故障分析

第51卷第6期化工设备与管道Vol. 51 No.62014年12月PROCESS EQUIPMENT & PIPINGDec. 2014机械与密封●低温乙烯泵运行故障分析杨永光，邢桂坤，范吉全，王小鹏(中国寰球工程公司，北京100012)摘要:简要介绍了VS6型立式筒袋泵在输送低温介质时发生的机械密封泄漏的情况，就产生问题的原因进行了简要分析，提出了避免以及解决此类问题的技术方法。关键词:轴承载荷;轴承寿命;平衡力中图分类号: TQ 051.2; TH3文献标识码: B文章编号: 1009-3281 (2014) 06-0039-0041概况2故障分析I"-6|在某LEG (液态乙烯)接收站项目中，安装有2.1隔离液泄漏 原因分析三台LEG泵，其中一台为冷循环泵，其作用是将乙故障发生后，现场工作人员首先对冷循环泵进烯储罐中的低温乙烯送至卸船码头后，经复线回流至行了拆检。工作人员拆下推力轴承，推力轴承为两套乙烯储罐，使卸船管线时刻处于低温状态。另外两配对式角接触球轴承(型号为7315BECBJ)。拆下轴台为LEG输出泵(一开一备),其作用是将储罐中的承后发现轴承保持架已损坏，手动旋转推力轴承发现液态乙烯输送至换热器，气化后送至界区外下游装轴承运转声音不正常，噪声较大，轴承的运转间隙也置。冷循环泵和输出泵均采用进口立式筒袋泵，即较大，见图2。检查机械密封的密封环、0形圈等相API 610标准中VS6的结构形式，其结构示意图见图关部件，均未发现损坏的现象，因此初步判断机械1。配套奧地利SKF轴承和德国约翰克兰生产的集装密封泄漏的原因并非是密封本身损坏而引起的，可能式串联机械密封。装置开车初期冷循环泵和LEG输是由于轴承的损坏而使泵轴向位移过大或径向变形，出泵运行比较正常，但在一-周后， 发现隔离液出现大造成泵送隔离液大量泄漏。量泄漏现象。向心推力球轴承密封箱体平衡轴向力装置进出水管架动图2 损坏的推力轴承叶轮导叶FFig.2 Damaged thrust bearing首级叶轮诱导轮2.2轴承损坏的原 因流体动力轴承找到隔离液泄漏的原因后，分析轴承损坏主要原因可能有两个:收稿日期: 2(中国煤化工图1泵结构图作者简介:杨MYHCNMHG人，高级工程师。Fig.1 Pump section drawing主要从事转动设备的设计工作。..40.化工设备与管道第51卷第6期(1)轴承润滑不良。(2) F。平衡鼓产生的反向轴向力(2)轴承承受的载荷超过允许值。F,-=3.14 (P.-P2) (R-R门)(3)LEG循环泵和输送泵径向轴承和推力轴承都采式中P一平衡鼓 与末级叶轮间的压力，Pa;用油浴润滑，出现故障拆检后发现轴承润滑油品质良平衡鼓后的背压，Pa;好，润滑油没有出现变质等情况，可以排除由于轴承R一 平衡鼓直径，m;润滑不良造成的故障;剩下的唯一-个原因 是轴承所R一叶轮轮毂半径， m。承受的力超过轴承的允许值造成轴承短时间内损坏。由以上公式可以看出，当泵正常运行时，泵叶轴承承受的载荷主要包括两部分:径向力和轴向力。轮产生的水力载荷和转子的重力是固定值，而平衡2.2.1轴向受力分析鼓产生的向上轴向力F和P: (平衡鼓与末级叶轮间轴承所承受轴向力是由泵叶轮产生向下的水力的压力)与P2 (密封腔后的压力)之差成正比关系。加上泵转子自身的重力减去平衡鼓产生的向上的轴因P压力基本不变，所以平衡鼓产生的向上的轴向与P2有关。根据制造厂提供的泵的流程图(见图4)向力(见图3，上部轴承为推 力轴承)。和制造厂推荐的配管图(见图5), N5接口为密封腔的排气口，制造厂要求将该口接至人口罐的汽相(低压由区)，这样泵的高压区(平衡鼓下侧)和密封腔(平衡↓F.鼓上侧)的低压区形成-一个压差，这个压差作用在平衡鼓上，形成向上的反向轴向力，以平衡叶轮产生的向下的轴向力，残余轴向力由轴承承受。在现场对该管线进行检查时，发现N5口至储罐的管线与放空口N3合并为-条。按照制造厂的要求，该N3管口应接至人口罐的汽相或至火炬，其主要目的是在泵叶轮入口侧将汽态乙烯排空，以防止泵出现汽蚀，而现场配-→F管时将该两个接口的管线合二为一(见图6)，即从泵N3、N5 接口引出的管线约1.5 m后将两条管路合并为- - 条管路。随着LEG储罐液位的升高，泵入口压力升图3轴承受力分析高，液相LEG通过N3口进人泵密封腔的排气口，而Fig.3 Load analyses of bearingLEG进入平衡管从而增加了N5接口的背压，即提高了轴向力计算公式如下:P2的压力。这样就会使平衡鼓产生的反向轴向力大大F.=F:+Fg-F。(1)减小，从而增加了轴承的轴向载荷。式中F-总的轴向力， N; .向下的水力轴向力，N;Fg-转子的质量， N;F。一平衡鼓向 上的平衡力，N。其中(1) F向下的水力载荷F.=3.14kpgH(R.2. -R)I(2)NSF式中H一泵的单级扬程， m;3一每一叶轮密封环半径，m;R-叶轮轮毂半径， m;一泵级数。k-系数，当n;=30~100时， k=0.6; 当n=中国煤化工100 -220时，k=0.7; 当n,=240 -280时，MHCNMHGk=0.8。Fig.4 P&ID ofLEG pump.2014年12月杨永光，等.低温乙烯泵运行故障分析.41泵的设计工况参数如下:(1)循环泵流量: 35 m/h (设计点)，查性能曲线最高效率点约为45 m/hLEG TANK扬程: 156m人口压力(G); 0.026~0.137 MPaL .IQUID出口压力(G): 0.89 MPa乙烯密度: 566 kg/m'温度: 103 °C .(2)输出泵流量: 45 m/h (设计点)，查性能曲线最高效率扬程:562m图5 制造厂推荐配管图人口压力(G); 0.026-~0.137 MPaFig.5 Recommended piping connection draft by manufacturer出口压力(G): 3.145 MPa乙烯密度: 566 kg/m3温度: 103 C出现故障时DCS中控室记录循环泵操作参数如下:LEG循环泵人口压力(G)约为0.08 MPa，出FLIQUID口压力(G) 约为0.72 MPa,压差为0.64 MPa,计算扬程为115 m,根据实测的性能曲线可查出该点的流量约为57 m/h,流量比57/45-126%。LEG输出泵人口压力(G)约为0.08 MPa,出口压力(G)约为2.6 MPa,压差为2.52 MPa,计算扬程为454 m,根据实测的性能曲线可查出该点的流量约为56 m/h,流量偏大56/45=124%。根据公式(4)实际操作点和最佳效率点流量比图6项目现场实际配管图值越大，其产生的径向力就越大，泵实际运行所承受Fig.6 Actual piping connection draft at job site的径向力远大于设计值。2.2.2径向受力分析由以上分析可以推断，轴承损坏是由于泵实际泵的径向力计算公式如下:运行所承受的径向力和轴向力过大引起的。F;=9.81 X0.36[(1-Q/Q.鬥]H D2B2X10' N(4)3整改措施式中H泵扬程， m;D2--叶轮外径， mm基于以上分析，现场对LEG循环泵和LEG输B2--所括 盖板的叶轮出口宽度，m;出泵分别采取了以下整改措施:Q泵实际流量， m/h;(1)更换已损坏的推力轴承。Q.一泵最高效率点流量， m/h。(2)现场管线。关闭N3口的出口阀，将N3接由式(4) 可以看出，在偏离最高效率设计的工口和N5接口断开，以防止LEG窜至平衡管线，拆况流量点太大和太小都会使径向力变大(泵曲线比较下N5管线的背压阀，减小平衡鼓后的背压P2,增加平缓，扬程变化较小，其影响可暂忽略)。平衡鼓前后的中国煤化工承所承受的轴计算出F.后，可根据杠杆原理计算出推力轴承向载荷。DHCNMHG所承受的径向力Fr，Fn 和F,成正比。(3)调节泵出口阀。以控制泵出口压力将其流..42.化工设备与管道第51卷第6期量调整在泵的设计工况点附近，使实际操作点和最佳介质压力等级等相关信息，必要时应提出管口连接建效率点流量比值尽可能接近1,最大限度地减少泵的议，以减少不必要的干扰，对设备造成潜在的危害。径向力，使泵处于-一个 比较理想的工作状态。(3)在泵的运行过程中，应注意 监测泵的性能重新开车后循环泵运转正常，再没有出现隔离参数(流量、扬程、出口压力等)，及时调整泵出口液泄漏情况。阀门开度，使其处在- -个比较理想的工作状态，以保证泵平稳、安全的运行。4结束语处理温度较低、易汽化的介质时，如果采用结参考文献构复杂、对外接口较多的VS6型泵，应注意以下几[1]王松汉. 石油化工设计手册(第3卷)[M].北京:化学工业个问题:出版社，2002.(1)泵设计余量不宜过大，即使实际操作流量[2]关醒凡现代泵技术手册[M]北京:宇航出版社，1995.应尽可能靠近最佳设计点流量，防止泵轴承承受过大[3]全国化 工设备设计技术中心站.工业泵选型手册[M]北京:化学工业出版社，2010.的径向力。[4]丁成伟 .离心泵与轴流泵[M].北京:机械工业出版社.(2)弄清各管口的作用和处理的介质情况。泵.[5]丁成伟 .叶片泵原理及水力设计[M].制造厂应提供明确的管口表，注明各管口口径、处理[6] SKF公司.SKF轴承手册[M]. 上海:上海科学技术出版社.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页)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中国煤化工YHCNMHG.