董 飚，王遠光

(中國石化上海石油化工股份有限公司，上海 200540)

上海石化390×104t/a渣油加氫裝置是該公司煉油改造工程中的主體裝置，采用中國石化工程建設有限公司開發(fā)的固定床渣油加氫技術。為了提高渣油加氫裝置的脫雜質(zhì)率，選擇石科院開發(fā)的脫硫催化劑RMS-30、脫金屬催化劑RMS-35等新一代RHT系列渣油加氫催化劑。裝置的反應部分設置A、B兩個獨立的系列，每個系列的流程都是：濾后渣油原料經(jīng)反應進料泵升壓后，與循環(huán)氫、新氫的混合氫混合；混氫油先后與熱高分氣、反應產(chǎn)物換熱后，進入反應進料加熱爐加熱，再進入加氫反應器，在催化劑的作用下，進行加氫反應；反應產(chǎn)物進入熱高分分離器【1】。兩個系列都有獨立的反應進料泵、循環(huán)氫壓縮機、反應進料加熱爐、加氫反應器、熱高分分離器、熱低分分離器，也都設置了液力透平，回收從熱高分分離器到熱低分分離器的能量，用于驅(qū)動反應進料泵。兩個系列可以實現(xiàn)單開單停。

反應進料泵是渣油加氫裝置的核心設備，是保證裝置長期安全生產(chǎn)的關鍵【2】。兩個系列的反應進料泵位號分別為P-1102A、 P-1802， 共用1臺備泵P-1102B。3臺泵均為德國蘇爾壽公司制造的BB5型雙層殼體泵，型號為GSG150-360/6+6。其操作條件如下：介質(zhì)為渣油，流量300 m3/h，入口壓力0.6 MPa(表)，出口壓力19.95 MPa(表)，揚程2 342 m，操作溫度255 ℃，軸功率2 339 kW。

1 流量偏低、軸位移偏大的關系

2018年初發(fā)現(xiàn)反應進料泵P-1802流量偏低于P-1102A，但是仍能夠維持處理量的要求，因此沒有引起足夠的重視。后來泵的軸位移開始偏大，約為0.33 mm左右(報警值為0.32 mm，聯(lián)鎖值為0.36 mm)。當時由于平衡管壓力在0.7～0.8 MPa(正常為0.5～0.6 MPa)之間，因此懷疑為泵蓋節(jié)流襯套磨損、間隙偏大所致。于2018年7月2日停泵檢修，檢查推力軸承、支撐軸承，結果顯示，軸向總竄動量為0.33 mm，軸瓦間隙0.14 mm，節(jié)流襯套、軸套有一定磨損，故對其進行了更換處理。7月 6日投用后，軸位移仍然保持在0.35 mm以上，只能將軸位移聯(lián)鎖予以解除，維持運行。2018年6月2日～7月21日期間軸位移隨時間的變化見圖1。

圖1 軸位移隨時間的變化(2018/06/02～07/21)

該泵軸位移設計零位為副推力瓦貼緊，且由于泵的非驅(qū)動端安裝有主油泵，軸位移探頭與泵軸心成45°夾角，使得實際軸竄動量是探頭顯示值的1.414倍，也就是說，軸向總竄動量為0.33 mm的話，軸位移最大應顯示為0.24 mm。因此懷疑儀表探頭有問題，并在2018年10～11月B系列檢修期間，又對軸承進行了檢查，更換了軸位移探頭。但是，11月開泵后，隨著裝置負荷的上升，軸位移依然保持在高位。2018年11月3日～12月1日期間軸位移隨時間的變化見圖2。

圖2 軸位移隨時間的變化(2018/11/03～12/01)

對P-1802泵的非驅(qū)動端軸承進行了檢查，結果如下：

1) 總竄量為0.35 mm，DCS顯示0.25 mm。這是安裝了工裝推出來的結果。

2) 轉(zhuǎn)子向入口端即電機側移動，軸位移為正。主推力也在這一側。

3) 主推力瓦塊的背后支撐確實存在彈性問題。因為安裝了主推力軸承、軸承箱，且轉(zhuǎn)子貼近主推力瓦后，向電機側拉動轉(zhuǎn)子，現(xiàn)場聯(lián)軸器側、非驅(qū)動端指針分別移動了0.11和0.06 mm；松開工裝后，兩端均回零。

4) 檢查推力盤固定軸套斜面的跳動約0.02 mm(無法準確測量)，徑向跳動0.03 mm，對軸位移的影響應該不會太大。

5) 聯(lián)軸器開檔距離存在偏大的問題，增加了1.4 mm的墊片。

通過對上述檢查結果進行認真分析，才逐漸將泵流量偏低與軸位移偏大聯(lián)系在一起，發(fā)現(xiàn)二者不是孤立的問題，而是有關系的。原因如下：

該泵有(6+6)個葉輪，分兩段，背靠背布置。因其沒有平衡鼓套，運行中產(chǎn)生的總軸向力全部由推力軸承承受，因此總軸向力應該不會太大?？梢耘袛?，兩段的揚程差不多，軸向力大小也相近，但是方向相反，1段軸向力指向驅(qū)動端，2段軸向力指向非驅(qū)動端。

但是隨著零部件的磨損，2段出口(即泵出口)向1段出口的回流增加，流量下降的同時，提高了1段出口壓力和2段入口壓力。1段出口壓力的升高使得1段的軸向力增加，2段入口壓力的升高使得2段軸向力減小，導致總的軸向力成2倍地增加。比如，1段的軸向力增加1 t，2段軸向力減小1 t，總的軸向力就會增加2 t。

圖3為2017年10月12日～2018年8月10日期間流量與軸位移(×1 000)的變化情況。由圖3可見，流量下降，軸位移上升，驗證了軸向力增大的判斷。

圖3 流量與軸位移隨時間的變化(2017/10/12～2018/08/10)

當時采取的方案為：改變軸位移探頭的零位，投用軸位移聯(lián)鎖。將轉(zhuǎn)子放在離副推力瓦0.14 mm的位置，安裝軸位移探頭，調(diào)零位，根據(jù)推算，DCS顯示會在0.25 mm左右。圖4為2018年1217日開泵后軸位移的變化情況。由圖4可見，軸位移仍在持續(xù)上升，達到0.32 mm。這說明泵內(nèi)零部件沖刷、磨損仍在加劇，內(nèi)部泄漏日嚴重。

圖4 軸位移隨時間的變化(2018/12/17～2019/01/28)

該期間軸的總竄動量應該為：

0.32×1.414+0.14=0.59 mm

主推力瓦塊的背后支撐的變形量為：

0.59-0.35=0.24 mm

轉(zhuǎn)子這么大的總竄動量是由轉(zhuǎn)子的軸向力引起的，與轉(zhuǎn)子的受熱膨脹關系不大，因為轉(zhuǎn)子的推力軸承、軸位移探頭安裝在同一側，且探頭就安裝在軸承箱殼體上。由此可見，轉(zhuǎn)子承受的軸向力是非常大的。

2019年1月25日，P-1802停止運行，切至P-1102B 運行。

2 泵內(nèi)部回流的可能原因

為什么會發(fā)生2段出口(即泵出口)向1段出口回流持續(xù)增加的現(xiàn)象呢？要弄清楚這個問題，需要了解該泵的結構。泵的結構見圖5，段間Ⅰ局部放大見圖6。

1—軸頭泵；2—聯(lián)軸節(jié)；3—軸承螺母；4—推力軸承；5—支撐軸承；6—泵蓋；7—泵蓋墊片；8—泵殼體；9—泵芯組件；10—2段出口；11—泵出口；12—泵入口；13—聯(lián)軸器；14—減壓襯套；15—2段入口；16—機械密封；17—固定塊；18—頂絲；19—支撐軸承；20—軸

圖6 Ⅰ局部放大

泵分兩段，每段6個葉輪，背靠背布置。在泵芯殼體有1段泵芯和2段泵芯。1段泵芯包括入口殼體、1～6級殼體、段間殼體，由螺栓連接在一起，在驅(qū)動端的固定塊和頂絲的作用下，與泵殼體的入口端貼合在一起；2段泵芯包括7～12級殼體，由螺栓連接在一起；在1、2段泵芯之間的彈簧作用下，2段泵芯與泵蓋貼合在一起，且在驅(qū)動端的固定塊和頂絲的作用下，與泵殼體的入口端固定在一起。

介質(zhì)在泵內(nèi)的流動方向是：從驅(qū)動端的泵入口進入，經(jīng)過6級葉輪的升壓，從段間殼體的1段出口流出，而后經(jīng)過2段與泵殼體間的空間流道、非驅(qū)動端的2段入口，再經(jīng)過6級葉輪的升壓，從段間殼體的2段出口流出到泵出口。

段間殼體既有6級葉輪出口的流道，又有12級葉輪出口的流道。兩段泵芯之間，也就是圖6中的段間殼體與級間殼體之間處于脫離的狀態(tài)。圖6中，段間殼體有3個地方要承受12級出口與6級出口之間近10 MPa的壓差，具體為：與泵殼體之間通過C形密封圈2進行密封處；與級間殼體之間通過C形密封圈1進行密封處；與軸之間通過減壓襯套進行減壓處。C形密封圈1、2是非常關鍵的，其截面為C形，C的里面有彈簧，增加其彈性。C形密封圈利用C的上側、下側與零部件表面的緊密接觸產(chǎn)生密封效果。C形密封圈1、2損壞或減壓，導致襯套磨損嚴重，就會造成泵內(nèi)部回流嚴重。

3 故障原因分析及措施

對泵P-1802進行泵芯拆卸、解體、清洗后，發(fā)現(xiàn)C形密封圈1損壞非常嚴重，有2/3完全被沖刷掉，剩下的1/3也處于碎的狀態(tài)。與C形密封圈1 相配合的段間殼體的兩個內(nèi)圓、級間殼體的兩個外圓沖刷嚴重，其沖刷情況分別見圖7和圖8。

圖8 段間殼體兩個內(nèi)圓的沖刷情況(二)

圖7 段間殼體兩個內(nèi)圓的沖刷情況(一)

C形密封圈2也有損壞，即將發(fā)生斷裂，見圖9。與C形密封圈2相配合的段間殼體的外圓、端面也有沖刷，見圖10。

圖9 C形密封圈2的損壞情況

圖10 段間殼體外圓、端面的沖刷情況

檢查了葉輪口環(huán)間隙(實際0.60～0.72 mm，要求0.50 mm)、級間口環(huán)間隙(實際0.87～1.38 mm，要求0.50 mm)、泵蓋節(jié)流襯套與軸套間隙(實際0.62 mm，要求0.38 mm)、段間減壓襯套與軸套間隙(實際0.71 mm，要求0.38 mm)，發(fā)現(xiàn)均有一定超標。

由此可見，該泵流量偏低的主要原因是:C形密封圈1損壞，相應的配合面沖刷嚴重；減壓襯套、軸套磨損；口環(huán)磨損。而軸位移偏大的主要原因是：C形密封圈1損壞，減壓襯套、軸套磨損，泵內(nèi)回流加大，平衡了軸向力，導致推力軸承承受了比較大的軸向力。

C形密封圈1為什么損壞這么嚴重呢？原因分析如下：出現(xiàn)上述問題前，根據(jù)平衡管壓力上升的情況，曾經(jīng)在現(xiàn)場拆卸泵蓋(見圖5中的“6”)，更換減壓襯套(見圖5中的“14”)；泵蓋拆卸后，2段泵芯會失去軸向的壓緊力，軸向會向泵蓋側移動，特別是還會下沉，使得C形密封圈1發(fā)生扭曲變形，復位后，C形密封圈1與密封面的接觸不可能恢復到原來的狀態(tài)，造成損傷。正確的檢修方法是：拆卸泵蓋、更換減壓襯套前，應該將泵拆除、直立，這樣就可以避免對C形密封圈1的損傷。

根據(jù)零部件損壞的情況，更換了減壓襯套、軸套、C形密封圈1和2、葉輪口環(huán)等。泵經(jīng)過上述處理并重新投用后，流量、揚程恢復到出廠的狀態(tài)，軸位移、振動等機械性能良好。

4 結論

1) 泵的流量偏低與軸位移偏大不是孤立的問題，二者都是由于泵內(nèi)部零部件的沖刷、磨損造成內(nèi)回流加大引起的。

2) 泵的內(nèi)部回流增大，既引起泵流量下降，又引起段間壓力上升，破壞了軸向力的平衡，使得推力軸承承受了很大的軸向力，導致軸位移偏大。

3) 泵的內(nèi)部回流是由C形密封圈1損壞、減壓襯套磨損造成的。而C形密封圈1的損傷則是由于檢修時未將泵體直立，導致C形密封圈1發(fā)生變形造成的。