含油污水输送泵不上量故障分析与处理

梁 彬，秦 琪，范志卿

（1.茂名天源石化有限公司，广东茂名 525011；2.咸阳师范学院，陕西咸阳 712000；3.广东石油化工学院，广东茂名 525000）

0 引言

自吸泵具备体积小、噪声低、运行平稳等特点，广泛应用于易漏、易燃、易爆等液体的输送过程。在实际生产过程中，由于其使用状态存在气液两相，故其泵内流动状态相对复杂[1]。某化工企业丙烷装置含油污水进入含油污水提升池，经含油污水提升泵通入平流斜板隔油池流入隔油后污水池中，最后通过含油污水输送泵输送到污水处理厂。该含油污水输送泵为自吸泵，是将含油污水输送到处理厂的关键机泵，如图1所示。

图1 含油污水输送泵

丙烷装置含油污水主要包括污油、悬浮物、残渣等，通常首先对其进行重力沉降处理、压力沉降处理、沉降除油、水力旋流处理和深度处理等[2]。含油污水输送泵输送的流体是经过含油污水提升池沉降，经含油污水提升泵进入平流斜板隔油池去除部分油污后的含油污水，通过该泵输送至污水处理中心进行深度处理。

自吸泵常见的故障主要有不上量或者间歇性上量、机械密封泄漏、泵振动大、有杂音、轴承温度过高、气蚀等问题。针对不上量或间歇性上量的问题，刘凯等[3]对其进行了分析，认为是机泵反转或转速不够，入口管线漏气或堵塞等；郑云龙[4]在排除了电机转速不足和气蚀的可能性后，对管路特性进行了研究，通过分析水泵的性能曲线和管道的特性曲线，分析认为管道截面积减小会影响自吸泵的流量特性，通过现场验证得到了证实；杨林[5]在分析自吸泵流量不足的问题后，发现是出口阀开度过小并且混有伴热蒸汽，造成气蚀问题影响了自吸泵的流量。本文针对含油污水输送泵不上量问题，对泵进行了改造，使流量满足日常生产需要，并且泵的振动值和噪声值达到规范要求。

1 故障分析

该含油污水输送泵为80WFB-F-2 型立式两级自吸泵，由一台55 kW 的防爆型三相异步电机驱动，在使用过程中发现，当阀门开度仅达到20%，其电机电流就达到了100 A 的满量程，泵的振动值达到7.5 mm∕s，噪声90 dB，然而流量却达不到生产要求。对电机转速、进出口阀进行检查，未发现异常，故对其进行拆机检查，机泵主要参数如表1所示。

表1 含油污水输送泵参数

1.1 轴套和轴承磨损情况

对自吸泵解体检修后发现，出口位置支承轴套磨损严重，其表面已经有部分金属脱落，同时也有胶合的痕迹。与其配合的滑动轴承已经完全失效，配合面已经出现磨损情况，整个环向截面出现多条裂纹，在大约120°区域内裂纹较密集，如图2 所示。推测流体存在气液两相流，同时叶轮与蜗壳的动静干涉作用造成了自吸泵内不稳定流动，产生了水力激振，对轴施加了一个径向力，引起轴套和滑动轴承的磨损、开裂，产生振动、噪声等问题[6]。

图2 轴套和滑动轴承磨损情况

1.2 进出口隔板未焊满

检查时还发现，一级进口与出口隔离板有2∕3 区域没有焊接，且间隙较大，二级出口隔离板也有4 处位置存在焊接不完整情况，如图3 所示。当隔板出现缝隙，流体在压力的作用下，从中间隔板缝隙处回流到泵进口处，发生内泄漏。当一级叶轮和二级叶轮处都发生内泄漏，极大增加了泵体内的回流量，造成抽真空度不够、出口压力不足、电流大的现象[7]。

图3 隔离板未焊接区

1.3 隔舌配合间隙过大

对离心泵口环间隙进行测量，发现一级叶轮口环间隙最大，达到3.3 mm，二级叶轮间隙也有1.9 mm。通常在离心泵中要控制口环间隙的尺寸，太小易发生碰磨，过大将发生回流造成严重内泄漏，该自吸泵口环间隙明显过大。再对隔舌起点和叶轮外径配合间隙进行测量，发现两者间隙达到了16 mm，如图4 所示。2 倍间隙和叶轮直径的比达到了13.33%，对泵的振动、噪声、效率影响非常大，降低了工作效率。

图4 叶轮外径和隔舌起点间隙

2 故障分析

该含油污水泵为立式两级自吸泵，其主要结构包括排凝口、一级吸入室、一级叶轮、一级排液室、泵轴、二级排液室、二级叶轮、出口单向阀、电机、副叶轮、入口电磁排气阀、泵入口、灌泵口、二级吸入室、滑动支撑轴承等，如图5 所示。副叶轮在工作叶轮上部，运行时和工作叶轮一起旋转，其作用是减低泵腔的压力，平衡轴向力和防止液体进入密封装置。

2.1 双通道蜗壳

蜗壳也叫螺旋型压出室，主要目的是将叶轮出来的流体进行收集，然后引向次级叶轮。流体经隔舌进行蜗壳，其流道逐渐扩大，使流体平缓流出，高效区宽，可有效降低流动损失输送效率较高，应用较广泛。对于单蜗壳泵由于其结构不对称，使径向压力不均匀，使轴承承受较大的冲击载荷。

考虑到该泵轴承位磨损严重，分析认为是轴承处承受了较大冲击载荷引起的。针对蜗壳的进液方式造成的不平衡径向力，设计了一种双通道蜗壳结构。该结构主要是在原来的蜗壳进口处对称位置增加一个进口，并且从新增进口处到蜗壳出口补焊一道隔板，将原来的一个流体通道，分割成两个通道。这样通过对称布置蜗壳进口，使流体流动到蜗壳入口处的冲击反力进行平衡，可以有效降低单蜗壳引起的不平衡径向力，结构简图如图6所示。

图6 双通道蜗壳结构简图

2.2 泵体内泄漏

泵体内泄漏包括相邻两级压出室隔板存在间隙，叶轮顶部与隔舌间隙，叶轮口环和泵壳口环间隙。隔板存在间隙会造成从上一级叶轮流出的液体从间隙回流到次一级，造成流量损失和功率的损耗，同时缝隙处回流的液体会产生泄漏涡，对叶轮内流体的正常流动造成干扰，并且冲击叶轮产生振动[8]。因此针对这个问题，需要对隔板存在的缝隙进行补焊，防止泵体内部发生内泄漏。

根据杨从新[9]研究可以发现隔舌和叶轮叶片顶部间隙，随着间隙变大，泵的效率是降低的，并且当2 倍的间隙值占到叶轮直径5%的时候，泵的效率下降速率加快。该泵2 倍隔舌间隙与叶轮直径的比值已经达到13.33%，已经严重影响流体输送的效率，需对隔舌间隙进行减小处理。叶轮口环和泵体口环间的间隙对离心泵扬程和效率影响较大，间隙越大，扬程和效率下降越多，会加剧泵体内泄漏的发生，对于自吸泵的流量有非常大的影响[10]。同时，随着内泄漏的产生，流体脉动也随之产生，造成泵体振动大。

3 故障处理

针对含油污水输送泵存在的以上故障内容，分析决定通过增加防漩涡板和双蜗壳改造来平衡压力脉动，降低径向力，防止轴套和滑动轴承发生磨损从而降低振动值；更换叶轮口环，降低口环间隙，减少回流量；对隔舌起点增加挡板，减少与叶轮外径与隔舌距离，提高泵的工作效率，降低噪声；对两级隔板全面补焊避免回流等措施进行改造。

3.1 防漩涡板和双通道蜗壳

针对轴套和滑动轴承的磨损在一级叶轮进口增加了一个“一”字型的防漩涡板，避免在进液口形成漩涡造成抽空，降低径向激振力。研究证明双蜗壳泵能有效地平衡径向力，即使在偏离设计工况下径向力变化也不大。为了进一步平衡径向力，改善流动稳定性将一级叶轮压出室单蜗壳改造成双通道蜗壳[11]。

图7 防漩涡板和双通道蜗壳结构

3.2 配合间隙调整

为控制自吸泵回流量，对口环配合间隙进行调整[12]。该泵一级叶轮和二级叶轮规格一致，叶轮直径为ϕ240 mm，考虑到输送流体黏度相对较大，同时综合污油池流体温度、进口条件和膨胀系数等条件，将一级叶轮和二级叶轮口环间隙均调整为1 mm[13]。针对隔舌起点和叶轮外径的配合间隙，有研究发现配合间隙既不能太大也不能太小，若间隙太大，会造成流体内泄漏，影响自吸效果、增加损耗；若间隙太小，经过气液分离之后使液体回流阻力变大，造成自吸时间变长[14]。因此在隔舌起点处补焊了一块挡板，将隔舌起点与叶轮外径间隙由16 mm 降低到了6 mm[15]，增加自吸泵的运转平稳性，降低振动值，详细数据如表2所示。

图8 隔舌间隙调整

表2 配合间隙改造数据

3.3 隔板补焊

针对泵内一级进口与出口隔离板存在的未焊满情况，采用氩弧焊进行整周满焊，对二级隔离板存在的缝隙进行点焊补偿，确保泵内不再在隔离板处发生回流，减小损耗，如图9所示。

图9 泵内隔离板补焊

4 改造结果

将含油污水输送泵内各项缺陷改造后，进行安装测试，发现各项运行指标都恢复到了正常值。当阀门全开后，电机电流为70 A，流量也由20 m3∕h 增长到50 m3∕h，达到了设计要求，并且轴功率也得到了降低，含油污水泵恢复正常运行，详细参数如表3所示。

表3 自吸泵改造前后性能参数

5 结束语

含油污水输送泵是将装置产生的污水送到处理厂的关键机泵，该机泵出现问题将严重影响装置的正常生产，处理不当将造成环境的污染。通过此次对该泵的改造，成功地使电动机在不超负荷的情况下，流量满足日常生产需要，并且泵的振动值和噪声值均达到规范要求。因此无论是在选型阶段还是在故障处理阶段都要格外严格，针对该类问题提出以下建议：（1）根据实际运行工况，认真选型，确保运行平稳；（2）严格检验自吸泵制造质量，对相关参数提出要求；（3）根据标准对自吸泵配合间隙严格控制。