宁波镇海炼化利安德化学有限公司 浙江省宁波市 315200
摘要：详细分析了烷基化进料苯泵——SUNDYNE LMV-343高速泵产生故障的原因，相应的预防措施，以及对于相关高速泵运行维护的借鉴。
关键词：高速泵；增速箱；机械密封
引言
齐鲁石化20万吨/年乙苯单元2004年9月新建投产，10月达设计运行负荷，采用北京石油化工科学研究院研制开发的液相分子筛工艺技术，选用AEB-6型烷基化催化剂和AEB-1型烷基转移催化剂，并配以多点乙烯进料与中段循环相结合的工艺，实现了降低苯烯分子比到3.5的要求。烷基化进料苯泵主要为烷基化反应提供原料苯，选用美国SUNDYNE CORPORATION生产的型号为LMV-343的高速泵。在装置开工投产初期该高速泵运行极其不稳定，制约了装置的长周期平稳运行。因此分析相关原因，明确合理的预防措施对于新装置相关设备平稳运行具有十分重要的意义。
1 烷基化进料苯泵概况
图1 烷基化进料苯泵剖面图
齐鲁石化的乙苯单元烷基化进料苯泵选用的是美国SUNDYNE CORPORATION生产的立式高速泵，型号为LMV-343。烷基化进料苯泵是乙苯单元中的关键设备，主要承担输送原料苯进入混合器中与乙烯混合，并进入烷基化反应器参加烷基化反应的任务。它的流量、压力、温度都有严格的要求，一旦产生波动会直接影响到烷基化反应的苯烯比、反应温度、反应压力等重要参数，从而导致烷基化反应器床层反应的不稳定，影响整个装置运行的稳定性。一旦该高速泵发生意外停机，将会导致整个装置的停车。该高速泵由泵壳、叶轮（带诱导轮）、扩压器、增速箱、轴承、低速轴、高速轴、密封装置、润滑装置、冷却器组成，剖面图如图1所示。烷基化进料苯泵输送介质为液态苯，正常流量：98.7m3/h，扬程：578m，转速：14000rpm，采用了平衡型的串联密封，密封管路方案为API PLAN21＋52，封油罐带有压力联锁和液位报警。泵的传动路线为：电动机轴→联轴节→增速箱输入轴→二级齿轮增速→增速箱输出轴（即叶轮轴）。
2 烷基化进料苯泵运行检修情况
2.1运行情况
在正常运行时，苯从叶轮中心进入叶轮，经叶片作用升高压力，经泵壳扩散管输出泵外壳。高速泵润滑油系统，较其它泵复杂，包括变速器、油箱、油泵、冷却器和过滤器。其润滑过程是先用润滑油泵将油从油箱中打出，然后经内循环和换热器进入安装在外部的油管线，再经过滤器回到变速箱润滑转动轴承后到油箱。由于高速泵“高转速”的运行特点，且所输送的介质具有易燃易爆的性质。所以在烷基化原料苯的高速泵上，采取了保护性较好的平衡型串联机械密封，这种密封不但本身具有单级机械密封的泄漏少、寿命长、运转中不用调整、耐震性好的特点，同时还相当于多了一道保险。如果第一级机械密封损坏，介质必定会从第一级大量泄漏出来，这时第二级机械密封仍对介质起密封作用，保证生产的安全和环保。
该高速泵自从投用后运行很不稳定，运行中经常发现机械密封泄漏，振动较大，高速轴、轴承磨损，主要故障统计详见表1。
表1 主要故障统计表
共出现过四次机械密封泄漏，其中两次甚至造成高速轴、推力轴承、滑动轴承严重磨损报废，中速轴轴承、叶轮和诱导轮不同程度磨损。检修比较频繁，常处于单台运行状态，是生产运行中的一个重大隐患。
2.2检修情况
第一次解体发现机械密封的动静环有明显的径向裂纹，已不能满足使用条件，进行更换机械密封处理；第二次解体发现机械密封的动静环出现了颗粒状的碎片，高速轴、推力轴承、滑动轴承严重磨损，中速轴轴承、叶轮和诱导轮不同程度磨损，油冷器管束发现泄漏点，更换机械密封、高速轴、推力轴承、滑动轴承，对中速轴轴承、叶轮和诱导轮进行修复，对油冷器管束漏点进行补焊修理；第三次解体又发现机械密封的动静环有明显的径向裂纹，进行更换机械密封处理；第四次解体又发现机械密封的动静环出现了颗粒状的碎片，高速轴、推力轴承、滑动轴承严重磨损，中速轴轴承、叶轮和诱导轮不同程度磨损，油冷器管束发现泄漏点。最终由于齿轮箱内部轴承及轴损坏严重且进口备件价格过高，装置采取了直接移除设备，改造采用航天十一所生产的型号为GSB-WS-115/578卧式高速泵代替该SUNDYNE高速泵。
3 故障分析及相应措施
经过分析认为初期机械密封泄漏主要是由于机械密封动、静环本身存在一定质量问题造成。另外首次选用的密封辅助O型圈材质为橡胶类物质，易被苯腐蚀，导致O型圈失效引起泄漏，检修后将O型圈更换为全氟醚材料。在第二次故障后发现润滑油有乳化现象。润滑油冷却器有内漏出现，导致冷却水进入润滑油系统，从而润滑不良使高速泵的滑动轴承间隙磨损变大，振动变大，造成高速轴、推力轴承、滑动轴承严重磨损，中速轴轴承、叶轮和诱导轮不同程度磨损。同时泵振动较大影响到密封的正常运行，密封出现了明显的径向裂纹甚至出现颗粒状碎片。
美国SUNDYNE LMV-343高速泵为我们国家最近两年引进的新高速泵型号，不过从其他用户的反映来看，运行可靠性可能有问题，机械密封本身质量存在一定的问题；同时平衡轴向力能力较差，且辅助系统出现问题导致轴承处油膜破坏加速轴向力平衡失效，引起轴系振动，造成轴承和高速轴轴肩摩擦磨损故障频发。同时也对于系统监控提出了较高的要求。
最后齐鲁石化乙苯单元由于该高速泵整体系统检修维护备件费用较高，并且经过数次检修后运行泵振动偏大，机械密封泄漏也较频繁，影响到装置正常平稳运行。对于该烷基化进料苯泵最终改造选用了航天十一所生产的型号为GSB-WS-115/578卧式离心泵。该高速泵出现过一次机械密封损坏事故，使苯介质泄漏到大气中，后经过厂家分析处理情况有所好转，现在基本上处于运行稳定状态。
为了维持高速泵的平稳有效运行，要加强高速泵运行时的日常巡检，特别是齿轮箱的监控和润滑油系统的检查；对易损件进行定期检查和维护；检修时要严格控制检修质量，防止类似的问题反复发生。
4 应关注的相关问题
基于齐鲁石化乙苯单元的烷基化进料苯泵运行使用情况，对于我们新装置高速泵的选型平稳运行有一定的借鉴参考，应关注相关问题：
重视辅助密封元件材料的选择。由于环境的温度、压力、速度和介质都对密封材料的选择有重要影响，因此我们要对所有的工作参数及其相互影响予以综合考虑，保证辅助密封元件的寿命能够达到预期的要求。例如当运输介质为苯时，机械密封的辅助弹性元件就应该选用不容易被苯腐蚀的全氟醚或聚四氟乙烯材料，否则的话辅助弹性元件极易腐蚀失效，导致机械密封泄漏。
关注密封系统监控检查。日常巡检中要注意监测密封罐的压力、温度和液位，这些都是机械密封的晴雨表，当密封罐温度升高时就说明密封系统运转不正常，要及时分析检查；当密封罐的液位有显著地变化时，说明机械密封已经产生泄漏，这时也应立刻停机检查，防止更大的事故发生。
加强设备润滑油系统的检查，润滑油的好坏对整个齿轮箱的正常运转有至关重要的作用。要注意通过油视镜观察润滑油的液位和颜色，对于低油位要及时添加，对于高油位要及时排放，以免引起过多的泡沫，对于颜色异常的润滑油要及时进行更换；润滑油压力应始终保持在1.2-4.2kg/cm2，使机泵各处有足够的润滑油量；密切关注油冷器前后的温度，保持润滑油温度在60-85℃，太低的油温易使油变稠，不利于油泵的正常工作，太高的油温使油变稀，压力受到影响，形成不了均匀的油膜；应定期更换润滑油和油过滤器。
提高巡检质量，加强设备振动监控，及早发现处理设备隐患。在日常巡检中的检查要面面俱到，认真细致，特别是对机泵的振动要进行密切关注，同时定时采集相关数据，并归档保存，以便于以后的分析和比较；一旦发现机泵的润滑油、密封罐的压力和温度，以及机泵的振动等有异常时要及时进行处理，防止更大事故的发生。
参考文献：
[1]庄永福，高速泵机械密封泄漏原因分析及改造，天津石化，2005（2）
[2]张平林，Sundyne高速泵的运行管理和维护，乙烯工业，2002（4）
论文作者:林栋
论文发表刊物:《防护工程》2019年第3期
论文发表时间:2019/5/21
标签：烷基化论文; 轴承论文; 机械论文; 进料论文; 润滑油论文; 叶轮论文; 磨损论文; 《防护工程》2019年第3期论文;