淺談乙烯輸送泵常見故障及判斷處理

陳樹勛

摘 要：乙烯輸送泵在甲醇制烯烴項目平穩運行中發揮著至關重要的作用。故障發生是由泵的結構特點和輸送介質的性質決定的。本文重點對乙烯輸送泵特點介紹和故障原因進行了歸納分析，并提出對策和解決措施。

關鍵詞：乙烯輸送泵;特點介紹;故障分析;解決措施

0 引言

隨著我國經濟的穩步快速發展，石油化工產品的消費量明顯提高，化工原料的需求量逐步增大，在快速發展的同時也面臨著資源短缺的矛盾，以煤炭為原料生產甲醇，經甲醇制低碳烯烴是緩解石油短缺的重要措施。某煤制烯烴項目以煤為原料，年產60萬t聚乙烯和聚丙烯產品。烯烴罐區設有乙烯、丙烯、混合碳四、戊烯、丁烯-1、異戊烷和丙烷等球罐，在甲醇制烯烴項目起著承上啟下的核心作用。乙烯儲存輸送單元分別位于新舊兩個罐區，舊罐區設有4臺乙烯罐和2臺乙烯輸送泵，新罐區設有2臺乙烯罐和2臺乙烯輸送泵。乙烯輸送泵將乙烯加壓輸送至烯烴分離裝置產品汽化器加熱氣化后輸送至PE裝置，是整個甲醇制烯烴中非常重要的輸送設備，其性能好壞直接影響著生產的可靠性和下游裝置的平穩生產。

1 乙烯輸送泵的主要特征

1.1 基本特點

乙烯輸送泵的基本結構型式為立式、多級、雙層殼體的立式多級筒袋泵。采用徑向剖分，內殼承受泵壓，外殼承受介質的吸入壓力，吸入管和排出管互成180度布置;設有平衡鼓裝置，由配對角接觸球軸承承受殘余軸向力;軸承箱體帶有獨立的內循環自動潤滑系統，并配置潤滑油冷卻系統;外殼的長度以及泵的安裝深度取決于對NPSHr汽蝕性能的要求，當泵深度達到一定的深度時，泵軸帶有中間支撐;采用雙端面機械密封。

1.2 軸承與潤滑

軸承主要分為上軸承和下軸承。上軸承為滾動軸承，位于聯軸器下方的專用軸承箱體，設置輔助冷卻管路，內有雙向的角接觸球軸承，同時承受軸向和徑向力。

泵工作時，軸套隨軸一起旋轉，軸套下部的傾斜端面帶動其內部的潤滑油一起旋轉。這樣產生離心力，并同時產生一個向上的升力，在此升力的作用下，使得潤滑油到達軸承上部，起到潤滑作用。部分潤滑油由軸承箱體上的回油孔返回儲油室。下軸承為導向滑動軸承，浸沒于介質中，并由介質進行潤滑;下軸承主要起中間支撐作用，來限制泵軸的徑向跳動，可根據泵軸長短不同設置中間支撐軸承。

1.3 軸向力平衡裝置

由于存在葉輪入口面積而使得后蓋板的面積比前蓋板大，在同一液體的壓力下將產生一個由電機端指向吸入口的軸向力，總的軸向力為泵的各級葉輪所產生的軸向力之和，這些軸向載荷由平衡裝置來平衡。

平衡裝置由軸封、隨軸一起旋轉的平衡鼓、固定在進出口段上的平衡鼓套、節流間隙和平衡卸流孔等組成。節流間隙的一端與泵體內部連通，另一端與軸封體、平衡鼓和平衡鼓套構成的平衡腔連通。

在進出口段上開設平衡卸流孔，將平衡腔與筒袋連接起來，將其腔內的壓力降為筒袋壓力，致使平衡裝置前后產生壓力差，來平衡泵豎直向下的軸向力。此力與所需平衡的泵軸向力方向相反，力的大小與平衡鼓的環面積有關，且其設計可將工況下的泵軸向力基本抵消，止推軸承可平衡掉余下的軸向力。

1.4 軸封裝置

乙烯輸送泵采用集裝式雙端面串聯式機械密封。在工作時，由乙烯介質壓力和彈性元件的彈力引起的合力作用下，在密封環的端面上產生一個適當壓緊力，使兩個接觸端面（動環、靜環端面）相互緊密貼合，并在兩端面間極小的間隙中維持一層極薄的液膜，從而達到密封的目的。雙端面機械密封有兩道端面密封，若一級密封失效，二級密封仍然可密封，防止泄漏。由密封液罐向密封腔內引入密封液進行堵封、潤滑和冷卻。密封液不僅沖洗摩擦副改善機械密封工作環境，還是作為一級密封面是否失效的監測手段。二級密封外環通入干燥氮氣，保持機械密封的干燥。

2 乙烯輸送泵的常見故障判斷處理

乙烯輸送泵的常見故障分為水力故障和機械故障。出口的流量低，抽空等為水力故障;泵體密封面、法蘭和機械密封等泄漏，軸承箱漏油，軸承過熱，聲音異常，振動大等屬于機械故障，泵發生了故障應當及時排除，否則便會加快機泵損壞。

2.1 抽空的原因分析和對策

2.1.1 特殊的低溫介質，有效汽蝕余量低，介質易汽化造成乙烯輸送泵易抽空的特性

在乙烯球罐中，乙烯介質溫度-39～-27℃，壓力1.6～

2.0MPa，液面上的壓力是飽和蒸汽壓。對于一般常溫液化烴球罐可采取一些措施提高泵的有效汽蝕余量，如采用汽化器增壓，將氮氣充人球罐內增壓或提高儲罐安裝高度等。

但對于乙烯球罐，采用增壓器或向球罐內充氮氣，會使低溫球罐的溫度和壓力變得不穩定，易引起球罐超壓，提高乙烯球罐安裝高度投資太大。立式筒袋泵必需氣蝕余量比常規泵的氣蝕余量小，且常埋于地下，容易保溫，且不易受到外界環境溫度變化影響。

2.1.2 乙烯出料罐切換時，管線積累的乙烯氣和泵入口形成湍流造成乙烯輸送泵抽空

管道積累乙烯氣是引起泵抽空的主要原因。在管線停用期間，液相乙烯吸收環境熱量而汽化生成乙烯氣。當乙烯罐的出料罐切換時管線內積累的乙烯氣相被沖入外送泵內時，乙烯輸送泵泵就會抽空。

舊罐區4臺罐的出料線匯合到乙烯輸送泵的入口管線上，在其中一個罐出料時，另幾個罐的出料線處于停用狀態，管內積累大量乙烯氣，在切換出料罐時，這些管道內生成的過熱乙烯氣相被沖入外送泵內，而泵的排氣線無法在短時間內將大量氣相排出可能導致泵抽空。形成湍流是引起抽空的另一原因。

舊罐區4臺乙烯球罐設計時將進料管線和出料管線線并為一條管線進入乙烯罐，進行出料罐切換時，出料罐一般會選擇正在進料的乙烯球罐（正在進料的球罐液位高，其余球罐為備用或不合格罐），此時乙烯出料管線和進料線聯通，乙烯輸送泵入口管線物料擾動，形成湍流，可能造成乙烯輸送泵抽空。

新罐區兩臺乙烯球罐設計采用進料管線和出料管線為兩條獨立管線進入乙烯罐。在正常生產中采用邊進邊出的操作，不用切罐，也不會在乙烯輸送泵入口管線形成湍流;乙烯氣也就不會被沖人乙烯輸送泵，避免了由于切罐造成的乙烯輸送泵抽空的風險。

2.1.3 乙烯球罐壓力低、液位低，造成乙烯輸送泵抽空

一般在停車檢修時，烯烴分離裝置停車后，聚乙烯裝置繼續運行降低乙烯罐存。此時乙烯罐每小時被抽走40t乙烯，液位逐漸降低，罐內氣相空間越來越大，乙烯罐靠吸熱而生成的氣相不足以彌補這部分空間，罐壓逐漸降低。

根據操作經驗，當乙烯球罐儲量低于150t或者壓力低于1.5MPa時，乙烯輸送泵發生汽蝕，導致抽空，乙烯送料中斷。通過乙烯汽化器出口接了一條管線至乙烯球罐進料線上，為乙烯球罐充壓，單球罐罐存降至10t以下時，仍然可以保證1.8MPa的壓力，保證乙烯輸送泵正常運行。

2.1.4 乙烯輸送泵負荷大范圍波動，造成乙烯輸送泵抽空

乙烯泵的操作負荷為額定流量的25～110%，絕對不允許大于110%，若小于25%負荷時一泵運行不得超過1min。聚乙烯裝置進料量波動，乙烯輸送泵出口流量忽大忽小。流量增大，裝置汽蝕余量減小，發生嚴重汽蝕，導致乙烯輸送泵抽空。流量減小，節流損失轉為熱能，泵內乙烯溫度升高氣化，產生乙烯氣不能及時從排氣線排出造成乙烯泵抽空。泵入口過濾網堵塞，泵的性能下降，出口負荷沒有變化，相當于增大乙烯輸送泵的負荷，也將導致抽空。

2.1.5 乙烯球罐充壓，造成乙烯輸送泵抽空

在乙烯進料量低于乙烯球罐采出量時，乙烯球罐壓力降低，通過乙烯氣相平衡線給球罐充壓。泵的排氣線接到了乙烯精餾塔到乙烯罐的氣相平衡線上，不是接入罐頂，而是在乙烯下部管廊碰口。在乙烯輸送泵平穩運行的時候，因為泵排氣線很細并且安裝有限流孔板，而乙烯氣相線相對較粗，乙烯液相在管線內氣化，在乙烯輸送泵排氣口的壓力就是罐頂壓力，靠球罐靜壓差乙烯氣很容易排出乙烯輸送泵。當乙烯球罐充壓時，因為氣相的平衡壓力遠遠大于球罐壓力，泵的排氣線就成了進氣線，大量氣相被倒壓進泵內，乙烯輸送泵便會是抽空。正常生產時，保證氣相平衡性投用，維持乙烯球罐壓力平衡;乙烯球罐需要充壓時，采用乙烯塔氣氣相閥門控制充壓流量，嚴禁使用罐頂閥門限流，嚴格控制充壓速度，降低氣相平衡線與球罐壓差，便可有效防止乙烯氣倒灌入泵內，造成乙烯輸送泵抽空。

2.2 乙烯輸送泵發出噪聲，軸承發熱。

乙烯輸送泵發出的噪聲，軸承發熱是設備故障的前兆，由于機體基座固定件松動，泵軸和電機軸不同心，軸承潤滑不良，軸承磨損，軸承箱冷卻水不暢 。針對以上的故障，應當根據實際情況，鞏固機體基座，檢查對中性，定期檢查機泵振值大小，檢查軸承箱潤滑油系統的工作性能，油質、油量和油溫，保證軸承油杯的油位正常;定期檢查清理軸承箱冷卻水管線，保證投用正常。

2.3 乙烯輸送泵轉子竄動過大，平衡鼓與平衡鼓套磨損、損壞

乙烯輸送泵在運行的過程中，出現轉子竄動過大的情況，可能是泵軸平衡鼓與其鼓套磨損、損壞。平衡鼓與鼓套靠介質潤滑，乙烯潤滑性能差;泵出口閥門的開度小，節流損失轉為熱能，液體溫升使部分液體泄漏到平衡室低壓區蒸發成氣體，失去潤滑作用，運轉時產生的磨損;鼓與鼓套受熱膨脹，徑向間隙變小。當流量小于泵的設計流量時，葉輪軸受到徑向力，鼓與鼓套中心偏移。針對這種故障，操作人員必須按照規范操作，同時也要檢驗平衡盤的質量，檢修更換磨損平衡鼓與平衡鼓套。

2.4 乙烯輸送泵機械密封結冰，導致泵軸無法轉動。

乙烯輸送泵輸送介質溫度在-30℃，機械密封處無法加裝保冷，將空氣中的水分凝結，使機械密封結冰，導致泵軸無法轉動。加強機泵巡檢質量，定期機泵盤車，及時發現問題，保證機械密封干燥氮氣投用正常，便可避免此類故障發生。

3 結論

掌握乙烯輸送泵常見故障及處理對于保證裝置的安全穩定運行十分關鍵;注重日常維護保養，及時發現處理缺陷隱患是保證乙烯輸送泵穩定運行的基礎;促進操作人員技能水平的提升，總結經驗制定更多的優化方案和嚴格的專業操作規程，可以有效提高乙烯輸送泵的正常運行質量。

參考文獻：

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