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摘要：结合水环真空泵在运行中出现的故障问题,通过对设备的检查、诊断，分析故障的主要原因，提出可靠可行的修复处理措施,问题得到了解决,对水环真空泵的日常使用、维护和保养具有一定的指导意义。
关键词：阻水板；冲击力；自循环工况
由于水环真空泵的突出作用,其在煤矿、电厂、造纸厂、卷烟厂、化工、制药等行业应用日益增多,但是缺点也是日渐暴露。尤其是常见的故障和专业的处理修复方法,让设备使用者因此而被困扰。下面，结合一起水环式真空泵运行故障，对这方面的问题进行了研究,并作了分析和小结。
1.设备简介
某合成制药有限公司芳烃联合装置配套90000Nm3/hPSA氢气提纯装置，用于提纯重整氢，在满负荷条件下每小时可产9万标立方米纯度为99.9%的氢气，以满足公司多套加氢装置的用氢需求。由A水泵厂配套生产的四台水环真空泵是该PSA装置的主要转动设备，型号为CBF-530，真空泵轴功率为330kW。装置正常生产时三台真空泵同时运行，可在20秒内将PSA吸附塔内压力由18kPa抽至-80kPa，装置于2014年2月份正式投入使用。
装置运行七个月后发现四台水环真空泵出力都开始出现性能不足的现象，根据工艺条件，吸附塔再生压力需达到-80kPa。现场实际测试发现真空泵正常运行时吸附塔再生压力只能达到-68kPa，且此时轴向振动可达到13mm/s，严重超出厂家技术标准（不大于4.5mm/s），同时机体内出现类似“隆隆隆”的噪音。
2.故障原因分析
PSA配套水环真空泵工艺流程如图1所示：工作液采用工厂自产除盐水，正常工作时工作液循环使用。为了确保工作液的循环量，设计人员加装了一台循环泵，使工作液可以强制循环并通过循环冷却水冷却至40℃以下，工作液液位通过DCS操作站控制，正常工作时液位控制在50±5%，各个操作参数严格按照厂家操作说明进行控制。
图1水环真空泵工艺流程图
现场安排专业检测人员使用离线监测设备采集机体振动数据，采集的图谱如图2所示。根据图谱分析，机体振动主要以一倍频为主，波形存在明显的削波现象，说明机体动静部分存有剐蹭现象，且转子动平衡可能出现破坏。为防止真空泵出现更大损坏，现场立即安排拆检。
图2现场采集的振动频谱图
3.现场解体检查情况
2014年11月，对其中一台性能已严重下滑、振动达到16mm/s的真空泵进行解体检查。检查发现，该真空泵阻水板（厚度4mm，材质：1Cr13）已断裂，如图3所示，断裂的阻水板碎块进入机体内，导致转子与分配板内壁出现严重剐蹭，使叶轮出现开裂。
图3断裂的阻水板
从阻水板的断裂面看（见图4），断裂面整齐光亮，没有明显变形，而且出现有断裂的碎块（已进入机体被叶轮研碎），比较符合脆性断裂的特征。考虑到阻水板材质为1Cr13，属马氏体不锈钢，具有较高的硬度和强度，也有较好的韧性。只有当阻水板承受很大冲击或超高载荷时才可能出现类似的脆性断裂，但也不排除加工或制造过程中出现应力集中或缺陷导致微观裂缝而出现的低周疲劳断裂。
2014年12月，装置进行大检修，对剩余三台真空泵全部解体检查，发现三台真空泵的阻水板全部断裂，断裂口形貌基本一致，叶轮都出现不同程度开裂。据此，基本可以排除阻水板在加工或制造过程中存在缺陷的可能。厂家技术人员和技术负责人到现场后进行了详细检查，并调取该泵近半年运行的工艺和设备参数，未能查出阻水板断裂的确切原因。在征得厂家销售人员同意后，我们对该厂家同型号真空泵的另外两家使用单位进行电话考察和交流，获知该型号泵使用多年未出现过阻水板断裂的故障。
4.故障查找及分析
通过与另外两家使用单位的使用工况进行的对比，发现一个明显区别：这两个使用单位的真空泵无工作液强制循环泵，工作液完全靠真空泵出入口压差自循环，循环流量和循环压力远小于强制循环，两者工况如表1所示。由于工作液进入真空泵体后直接冲击在阻水板正面，然后经阻水板进行二次减压、分配和阻流，所以工作液的循环量和循环压力直接决定了阻水板所承受的冲击力。从表1所示工况可以算出，在强制循环工况下阻水
板所承受的冲击力是自循环工况的10倍以上。
综合以上分析，我们初步判断该阻水板完全按照无强制循环泵时的循环量进行的水力学和强度设计，未考虑到加装强制循环泵后工作液的循环量和压力远大于自循环，使阻水板承受的冲击力远超过设计值，导致阻水板出现脆性断裂。通过咨询厂家技术人员，以上判断得到证实：原设计并未考虑加装强制循环泵，工作液完全靠出入口压差进行自循环，设备制造完毕后厂家技术人员又应设计院的要求加装了循环泵，但未考虑工作液循环状态的改变对机体的影响。
故障原因查清后，厂家技术人员对阻水板水力学模型重新进行了模拟和强度计算，在保证安装尺寸的前提下，加厚了阻水板（由4mm增至5.5mm），并根据水力学模型重新设计了阻水板外形尺寸（如图5、图6所示），同时将阻水板材质改为304奥氏体不锈钢，提高了阻水板的抗冲击性能（1Cr13冲击功Akv(J)在淬火回火状态下约78J；304冲击功一般超过120J，冲击功越大，材料韧性越好）。
图5原设计阻水板
2015年1月，返厂改造和修复后的真空泵一次单试合格，各项性能全部达到设计要求，目前四台真空泵全部修复完毕并都已连续、稳定运行两年以上，各项性能参数完全能满足工艺生产需求。
5.结束语
总之，为了保障社会生产安全和生产效率，我们必须要根据故障现象，准确地找到故障源，切实做好水环真空泵的故障处理维修工作，使水环真空泵可以保持可靠、稳定、高效的运转状态。
参考文献：
[1]杨源. 电厂水环真空泵故障浅析[J]. 内蒙古科技与经济, 2014(13):64-64.
[2]张瑞霞, 张瑞强. 水环真空泵故障分析及处理方案[J]. 河南科技, 2014(23):87-87.
论文作者:吴集程
论文发表刊物:《防护工程》2017年第36期
论文发表时间:2018/5/6
标签：真空泵论文; 工作论文; 故障论文; 工况论文; 水环真空泵论文; 所示论文; 装置论文; 《防护工程》2017年第36期论文;