劉凱，趙博晗

（中國石油蘭州石化公司石油化工廠，甘肅蘭州 730060）

1 問題提出

芳烴裝置污水井原采用長軸液下泵提升污水，鑒于某石化公司因?yàn)殚L軸液下泵故障引發(fā)的安全問題，中國石油煉化分公司下發(fā)油煉化53號(hào)文件“關(guān)于停用長軸液下泵的通知”要求將長軸液下泵改為自吸泵，車間按照要求更新了兩臺(tái)SQB 型強(qiáng)自吸泵。強(qiáng)自吸泵在運(yùn)行過程中存在不上量或間歇性上量等現(xiàn)象，且自吸泵機(jī)械密封頻繁泄漏，使用壽命短，甚至新更換的機(jī)械密封在第一次投用時(shí)即泄漏失效。因此芳烴裝置面臨污水無法外送和備件費(fèi)用居高不下的環(huán)保、經(jīng)濟(jì)兩大難題。

2 強(qiáng)自吸泵工作原理

強(qiáng)自吸泵啟動(dòng)前，手動(dòng)撥動(dòng)軸承箱外部的離合部件至“合”，使軸承箱內(nèi)部滑動(dòng)齒輪與偏心齒輪嚙合。機(jī)泵啟動(dòng)后，軸帶動(dòng)葉輪旋轉(zhuǎn)的同時(shí)也通過軸承箱內(nèi)的偏心齒輪帶動(dòng)軸承箱上部的吸真空裝置一起做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。自吸泵入口管線內(nèi)的空氣通過吸真空裝置被源源不斷地排出，污水井中的污水在大氣壓的作用下被壓至葉輪處。當(dāng)自吸泵出口壓力表有壓力顯示時(shí)，此時(shí)排氣過程結(jié)束，手動(dòng)撥動(dòng)軸承箱外部的離合部件至“分”，使軸承箱內(nèi)部滑動(dòng)齒輪與偏心齒輪分離，吸真空裝置停止工作。圖1為強(qiáng)自吸泵吸真空裝置結(jié)構(gòu)。

圖1 吸真空裝置結(jié)構(gòu)

吸真空裝置連桿帶動(dòng)膜片做往復(fù)式運(yùn)動(dòng)。膜片向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，腔A 變成真空狀態(tài)，閥1 打開，氣體吸入。膜片向上運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥1 關(guān)閉，腔A 為高壓狀態(tài)，腔B為真空狀態(tài)，閥2打開，氣體進(jìn)入腔體B。膜片再次向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥2 關(guān)閉，腔體B 為高壓狀態(tài)，閥3 打開，此時(shí)空氣由閥3 排向大氣，以此循環(huán)，直至強(qiáng)自吸泵入口管線內(nèi)部空氣完全排出。

3 故障現(xiàn)象及原因分析

3.1 吸不上量或間接性上量現(xiàn)象

強(qiáng)自吸泵運(yùn)行中存在的吸不上量或間接性上量現(xiàn)象，原因或有以下幾個(gè)方面：

1）機(jī)泵反轉(zhuǎn)或轉(zhuǎn)速不夠

經(jīng)過跟蹤檢查和測速，機(jī)泵轉(zhuǎn)向和轉(zhuǎn)速正常，無反轉(zhuǎn)和轉(zhuǎn)速過低現(xiàn)象。

2）吸真空裝置或入口管線漏氣

對(duì)強(qiáng)自吸泵吸真空裝置連接膠管卡子進(jìn)行重新固定，對(duì)入口管線密封面進(jìn)行換墊查漏，各密封面進(jìn)行仔細(xì)檢查，未發(fā)現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

3）入口管線堵塞

對(duì)法蘭密封面進(jìn)行換墊時(shí)檢查入口管線，管線內(nèi)無異物，通過性好，污水中亦無可能導(dǎo)致堵塞的異物及大雜物。

4）污水井液位低

污水井底部離自吸泵入口葉輪中心高度大于7 米，低液位時(shí)，由于要克服管線及彎頭阻力，造成污水吸入量不足，當(dāng)污水液面高時(shí)，上量明顯好轉(zhuǎn)，強(qiáng)自吸泵正常工作一段時(shí)間至污水井液面低時(shí)，又存在上量不好，出口壓力明顯回落的現(xiàn)象。

3.2 機(jī)械密封頻繁泄漏

強(qiáng)自吸泵運(yùn)行中出現(xiàn)的機(jī)械密封頻繁泄漏現(xiàn)象，原因或有以下幾個(gè)方面：

1）機(jī)械密封材質(zhì)不符合要求

對(duì)原廠家機(jī)械密封進(jìn)行拆卸、檢查，機(jī)械密封摩擦副動(dòng)環(huán)、靜環(huán)材質(zhì)分別為碳化硅及浸漬石墨，這兩種材質(zhì)廣泛應(yīng)用于機(jī)械密封中，查閱相關(guān)資料可知，對(duì)于提升常溫、低腐蝕性的污水介質(zhì)，其符合質(zhì)量要求。

2）機(jī)械密封制造、安裝不符合要求

每次更換的機(jī)械密封均為原廠家未拆卸的原型號(hào)機(jī)械密封，更換時(shí)對(duì)機(jī)械密封摩擦副、各部件都進(jìn)行了仔細(xì)檢查，確認(rèn)無雜質(zhì)、灰塵；靜環(huán)壓蓋與安裝孔固定時(shí)，螺絲由松到緊擰緊，受力均勻，安裝后經(jīng)測量靜環(huán)斷面與軸心線垂直。

3）機(jī)械密封主機(jī)軸徑向、軸向躥動(dòng)量大

拆卸后利用游標(biāo)卡尺及千分表測量、檢查主機(jī)軸的軸向躥量、擺動(dòng)量和撓度均符合技術(shù)要求。

4）強(qiáng)自吸泵吸真空時(shí)間過長

機(jī)械密封摩擦副的摩擦根據(jù)摩擦副間的液膜分為濕潤滑、半濕潤滑、干摩擦狀態(tài)。密封正常工作時(shí)，動(dòng)環(huán)和靜環(huán)所形成的摩擦副處于半濕潤滑狀態(tài)。而處于濕潤滑狀態(tài)時(shí)，泵的泄漏量會(huì)增大，污水外流不滿足要求；處于干摩擦狀態(tài)時(shí)，就會(huì)由于摩擦熱而燒毀密封。強(qiáng)自吸泵在啟動(dòng)開始時(shí)，吸真空裝置排空入口管線空氣的同時(shí)，機(jī)封跟隨軸一起轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)動(dòng)環(huán)和靜環(huán)之間沒有介質(zhì)潤滑。在這種情況下，強(qiáng)自吸泵吸真空時(shí)間越長，機(jī)械密封動(dòng)環(huán)和靜環(huán)所構(gòu)成的摩擦副產(chǎn)生的摩擦熱就越多，此時(shí)若沒有冷卻液降低摩擦副的溫度，摩擦副就會(huì)形成干摩擦而燒毀機(jī)械密封。

綜上，強(qiáng)自吸泵運(yùn)行中存在的吸不上量或間接性上量與機(jī)械密封頻繁泄漏存在必然聯(lián)系。由于密封性差的原因，即使強(qiáng)自吸泵吸真空裝置完好且正常工作，其葉輪中心也無法達(dá)到絕對(duì)真空。污水井液位高度存在某一個(gè)臨界點(diǎn)，當(dāng)液位低于臨界點(diǎn)時(shí)，污水井中的污水在大氣壓作用下克服管線阻力無法達(dá)到葉輪中心吸入點(diǎn)，導(dǎo)致強(qiáng)自吸泵不上量。此時(shí)機(jī)械密封無介質(zhì)潤滑冷卻，長時(shí)間“干磨”，導(dǎo)致機(jī)械密封摩擦副發(fā)熱、破裂、漏氣。第二次啟動(dòng)強(qiáng)自吸泵時(shí)，由于機(jī)械密封已損壞、漏氣，吸真空裝置吸氣時(shí)間更長，葉輪中心形成的真空度更低，自吸液位臨界點(diǎn)升高，導(dǎo)致強(qiáng)自吸泵不上量現(xiàn)象更加嚴(yán)重。

4 改進(jìn)措施

4.1 入口管線改造

將機(jī)泵入口管線口徑DN100 改為DN80，減小入口管線空氣容積量，縮短吸真空裝置工作的時(shí)間。由于機(jī)泵出口管線為DN65，改造后的入口管線口徑仍然大于出口管線，滿足使用要求。

4.2 機(jī)械密封改造

對(duì)強(qiáng)自吸泵的機(jī)械密封進(jìn)行測繪加工，參考API682密封沖洗方案中plan52，將原機(jī)泵上的單端面機(jī)械密封改為雙端面機(jī)械密封，摩擦副腔體中采用白油循環(huán)冷卻。增加一個(gè)白油罐及出入口兩根金屬軟管，白油罐的壓力利用氮?dú)庠春蜏p壓閥控制到0.4 MPa，略微大于自吸泵出口壓力值，避免污水躥入白油系統(tǒng)。白油在氮?dú)獾膲毫ψ饔孟略跈C(jī)械密封摩擦副腔體中自循環(huán)，帶走機(jī)械密封產(chǎn)生的摩擦熱量。

4.3 摸索臨界液位點(diǎn)

為便于觀察，將污水井底部至頂部（地面）每間隔1 m用蘇丹紅漆進(jìn)行橫線標(biāo)記，底部至頂部依次標(biāo)記為1～7 m（污水井深度為7 m）。通過跟蹤測試和觀察，機(jī)械密封完好時(shí)臨界液位高度為2 m，污水井液位低于該臨界液位時(shí)，出口壓力明顯波動(dòng)，且機(jī)泵運(yùn)行雜音加劇，當(dāng)液位低至1 m 時(shí)，出口壓力回落明顯，強(qiáng)自吸泵不上量現(xiàn)象較為突出。為保證機(jī)泵安全、平穩(wěn)運(yùn)行，將強(qiáng)自吸泵啟動(dòng)的臨界液位高度定為2 m，并完善到機(jī)泵操作規(guī)程中。

5 實(shí)施效果

強(qiáng)自吸泵改造完成后，吸真空裝置工作時(shí)間由原來約60 s降低到30 s左右即可看到出口壓力表有指示，縮短了開泵時(shí)間（降低了機(jī)械密封“干磨”時(shí)間）。運(yùn)行半年時(shí)間內(nèi)未發(fā)生機(jī)械密封泄漏情況，達(dá)到了預(yù)期效果。目前，這種改造方法已應(yīng)用到其余幾臺(tái)自吸泵中，運(yùn)行效果良好。

6 結(jié)論

強(qiáng)自吸泵雖有較強(qiáng)的自吸能力，但長期在較低的入口液位工作時(shí)，自吸時(shí)間長，機(jī)械密封使用壽命降低，通過減少吸真空時(shí)間，引入白油介質(zhì)冷卻提高機(jī)械密封使用壽命，保證了其長期穩(wěn)定運(yùn)行。