高压贫胺液泵平衡机构磨损原因分析及改进措施

高压贫胺液泵平衡机构磨损原因分析及改进措施

金玉琳

中国石化集团金陵石化公司邮编：210000

摘要：对某公司渣油加氢装置高压贫胺液泵在试运时发生的平衡鼓组件磨损情况进行分析。判断与部件材质、平衡机构间隙以及泵送介质贫胺液的质量有关，导致沉积的固体杂质阻塞平衡机构间隙，造成磨损。根据故障原因及管设备管设备运行条件的要求，对设备结构、材质和设备运行条件提出改进措施。

关键词：多级泵平衡鼓贫胺液设备运行

高压贫胺液泵为渣油加氢装置循环氢脱硫工艺过程中的关键机泵，贫胺液由硫磺装置输送至渣油加氢装置，通过高压贫胺液泵进行升压，升压后进入循环氢脱硫塔顶部，用以吸收冷高分气中的硫化氢，其运行的稳定性对装置安全生产起到至关重要的作用。但该类型多级高压离心泵结构复杂，安装精度高，由于工况影响、现场操作不当极易出现故障，该装置共有两台高压贫胺液泵，运行过程中发生多次平衡鼓套、副推力瓦磨损严重的情况，已成为装置平稳运行中的一项隐患。

1 高压贫胺液泵基本状况

1.1 高压贫胺液泵简介

表1 该高压贫胺液泵性能参数表

该装置高压贫胺液泵P104A/B为卧式、双壳体、内芯节段式多级离心泵（BB5），是离心泵类供压等级最高的一类泵，其具体性能参数见表1。该泵中心线水平支撑，吸入管路和出口管路垂直向上布置，共有11级叶轮，单吸闭式叶轮同向串联布置；轴端密封采用机械密封及Plan11+53A的密封冲洗方式。驱动端径向轴承为多油楔滑动轴承，由压力油强制润滑；非驱动端为滑动轴承及止推轴承；配有平衡鼓套件平衡轴向力。

1.2 主要材料材质

为防止胺液中微量硫化氢腐蚀，设计时高压贫胺液泵的平衡鼓、平衡鼓套、平衡板材质均采用316不锈钢。316不锈钢的耐腐蚀性能较好，并通过表面堆焊硬质合金增强硬度。

1.3 平衡机构原理

图1 平衡装置平衡轴向力原理示意图

在BB5离心泵运行过程中，会在轴向产生指向泵吸入口的轴向力。为平衡轴向力，本多级泵采用了平衡鼓与平衡盘共同构成的平衡装置，平衡装置在靠近末级叶轮的一端为高压区，与出口管道相通，另一端使用平衡管连通平衡组件后的平衡腔和泵入口，为低压区，通过两端压差使平衡装置受到一个指向泵出口的轴向力；而剩余轴向力则由推力轴承承受。

鼓盘组合的平衡装置有两个径向间隙，起到节流的作用，可以降低单平衡鼓的泄漏量。在BB5多级泵轴向力的消除上，主要依靠平衡装置的半径、间隙，对于可能存在颗粒杂物的介质，放大间隙可以减少平衡盘的磨损，但也会导致泵泄漏量增大、平衡力降低，设计调整需要把控好泵在结构、泄漏量、运行效率、装配及安全运行等方面的要求。

2 平衡机构故障情况及原因分析

2.1 平衡机构历次故障情况

表2 该高压贫胺液泵历次故障统计表

如表2所示，该装置高压贫胺液泵自2012年安装投用以来运行稳定。自2019 年初，陆续发生多次故障，均造成转子卡涩、无法盘车。首次故障为末级叶轮破损；2020年9月装置检修开工后，故障均表现为平衡鼓套磨损黏连，磨损点均发现明显颗粒物存在，清洗入口管线滤网时发现大量杂质（见图2）；且A泵也于2020年9月开工过程中出现过一次类似故障。

(a)第1次滤网拆清             (b)第2次滤网拆清

(c)第1次拆检明显颗粒物         (d)第2次拆检黏连颗粒物

图2 贫胺液泵拆检图

2.2 磨损原因分析

通过对介质采样和机泵结构材质分析，判断磨损的主要原因如下：

（1）贫溶剂中携带颗粒杂物。根据目前富液采样情况，渣加循环氢脱硫塔及硫磺装置干气脱硫塔底富液杂质较多；而贫液采样中可见细小颗粒。贫液中颗粒4小时内可完成沉降，机泵在运时，细小颗粒突破泵入口过滤网（30目）进入泵体，因流速较大无法在泵内沉积，机泵备用时，泵内颗粒沉降在入口管道及本体各间隙内部，起泵瞬间导致沉积物未能及时分散，导致部分颗粒拥堵在平衡组件配合间隙处（径向0.6mm，轴向0.1mm）无法排出，导致磨损。可能为供给贫液的硫磺装置溶剂再生相关设备存在杂质沉积、Ⅰ渣加贫液系统杂质存量偏大所致。2020年8月装置检修实施局部吹扫方案，贫液系统未能进行吹扫并开罐检查，部分颗粒沉积在系统内无法清除，一定程度上增加了贫液系统内沉积物及储存量，导致本周期贫液泵运行工况进一步恶化。

（2）设备材质及结构不适应当前运行环境。当下贫液杂质较多的情况加剧了平衡装置的磨损，平衡装置采用的材质316不锈钢已无法满足对硬度的需求，而平衡组件与平衡板及平衡鼓套材料之间没有硬度差或硬度差较小，导致盘套出现咬合；同时间隙较小，进入颗粒，就会迅速产生研磨，因研磨而又产生大量的金属颗粒，加剧盘隙磨损。通过对平衡鼓盘、平衡套进行硬度测量，硬度值、硬度差均未达到API610标准。

图3  平衡组件配合间隙示意图

（3）安装及配件质量等问题。对检修控制加强检查，发现厂家随机来的配件尺寸都有偏差，如平衡压板与平衡座相接触的面跳动为0.10mm，平衡座长度比旧平衡座长5mm，平衡鼓径向（图3中1、3处）、轴向（图3中2处）跳动均超标，均需安装在泵轴上，进行超标点的处理。增加了检修工作量。配件质量附加安装复查，存在测量及定位不准的情况。

3 改进措施建议

3.1 设备材质

提高平衡机构各配件的硬度。提高硬度可增强其耐磨性能，一定程度上能够缓解磨损并降低鼓套粘连的概率；目前该泵的平衡鼓材质已经由316改为2Cr13，表面退火处理，硬度从HRC16提升至HRC40-45，平衡板和平衡压套材质保持原设计，但硬度提高到HRC35-38，使其满足API610标准。

3.2 设备安装

调整平衡机构各配件之间的配合间隙，在检修时将各部间隙调整至标准的上限。牺牲部分泵运转效率，在一定程度上增加设备对颗粒物的容纳能力。同时，加强检维修数据的准确性的确认，对关键数据亲自把关验证。加强配件质量的管理。钳工在检维修时，多测量，多比较，随时与业主沟通交流解决问题，发现配件问题及时向采购部门反馈。

3.3 运行环境

3.3.1净化贫液

通过净化贫液，提高贫液质量，降低贫液系统杂质增量。如提高硫磺装置贫液过滤比例及过滤质量，将贫液过滤比例调整到设计最大值15%，同时联系专业公司对现有贫液系统进行循环净化。拆清硫磺装置贫液过滤器，同时参考专业净化公司过滤方式对现有过滤器实施改造，降低进入贫液的杂质。与设计沟通，在脱硫塔前分液罐内增设高效除尘除液设施，降低杂质进入溶剂系统基本量。

3.3.2系统清扫

利用装置检修机会对渣加装置贫液系统进行彻底冲洗清扫，降低渣加装置贫液系统杂质存量；清理硫磺装置贫液大罐，清除近10年贫液中杂质沉积。从而净化贫液系统，减少贫液系统杂质存量。

4 小结

该渣油加氢装置高压贫胺液泵为工艺生产中的重要机泵，其BB5形式在使用过程中轴向力较大，易因断轴、叶轮损坏、平衡机构烧损等故障；同时，多级离心泵组件较多，转子较长，安装精度要求极高，因此，针对该泵出现的故障，因进行溯源分析，明确故障原因，便于进一步处理并避免类似故障产生。

同时，在日常运行中也应做好维护：

（1）在泵正常运行前，需对入口过滤器进行清理并仔细清理运行管道。

（2）加强机泵状态监测，对重要机泵增加机泵群在线监测，便于及时发现问题。

（3）多级泵剩余轴向力随流量增大逐渐减小，间隙流速越大，平衡鼓轴向平衡能力就越强。因此，该泵需避免长期在偏小流量工况下运行。

参考文献

[1] 韩彬，马艳平，杨勇. 多级阶段式离心泵平衡盘工作原理及故障分析[J]. 科技展望，2017，27 ( 1 ) : 76.