PTA装置立式高速泵典型故障分析

赵小斌

摘要：立式高速泵在PTA工艺生产中发挥着重要作用。高速泵是由电机、增速箱和泵体组成，具有体积小、重量轻、高扬程、运行平稳等特点。高速泵是由电机通过增速箱增速后驱动过流部件，利用增速箱的增速作用获得很高的排出压力。本文针对立式高速泵运行中出现机械密封损坏、齿轮箱振动大、油路系统故障等问题进行分析研究，使问题得到解决，确保现场稳定运行。

关键词：高速泵，振动，机械密封，润滑油

PTA装置P01线采用美国阿莫科化学公司的工艺技术，以对二甲苯（PX）为原料，生产适用于直接酯化法制造聚酯的精对苯二甲酸（PTA）。装置所用高速泵为四台圣达因公司LMV-331型高速泵和一台北京十一所GSB-L3型高速泵，这些泵能使浆料达到加氢反应器要求的高压。装置自1995年投产以来，高速泵主要存在机械密封损坏、齿轮箱振动大、油路系统故障等问题。现在对以上出现的问题进行分析研究，找到解决方法，实现装置长周期安全稳定运行。

1立式高速泵简单介绍

1.1工作原理

叶轮由高速轴带动高速转动，叶片间的液体也随着转动。在离心力的作用下，液体沿叶片流道甩向叶轮出口，经蜗壳送入打开出口阀门的排出管。液体从叶轮中获得机械能使静压能和动能增加，依靠此能量液体到达工作地点。

在液体不断被甩向叶轮出口的同时，叶轮入口处就形成了低压，在吸入管和叶轮入口中心线处的液体之间就产生了压差，入口的液体在这个压差作用下，便不断的经吸入管路及泵的吸入室进入叶轮中，从而使泵能够连续工作。

高速泵的基本工作原理与普通离心泵类似，所不同的是利用增速箱（一级增速或二级增速）的增速作用使工作叶轮获得数倍于普通离心泵叶轮的工作转速（通常在6000~17300RPM之间），从而获得很高的排出压力。

1.2高速泵的组成

高速离心泵主要增速箱、机械密封、叶轮、诱导轮、扩散器、润滑油系统等组成 。如图1所示

润滑油系统由辅助油路系统和运行油路系统两部分组成。辅助油路系统是在启动高速泵前使用。辅助油泵启动后，油路系统里的油压达到使用压力，各润滑部位得到润滑，这时开启高速泵，启动瞬间各转动部位得到充分润滑，避免由于高速泵启动瞬间对轴承、轴瓦的磨损。启动高速泵后，高速泵本身自带油泵运转，将润滑油打入运行油路系统，辅助油泵停运。

高速泵的密封系统由机械密封，O型圈和密封腔组成。机械密封动环采用硬质合金加工制作，静环是由石墨环加工而成，O型圈采用耐油橡胶加工而成。

图1 L-331型齿轮箱剖面图

1泵壳 2叶轮 13A扩散器 51A/D 动环 60A/B/C 机封静环 120输入轴组件 140中间轴组件 130高速轴组件

1.3用途分类

高速泵在石油化工行业应用极为广泛,本厂的高速泵分为:立式高速泵（一级变速、二级变速）和卧式高速泵。

1.4 PTA装置现场使用高速泵性能及参数

表1 高速泵性能及参数

高速泵型号	LMV-331
输出轴转速	13300rpm
电机功率/转速	260KW/2970rpm
介质成分	31%TA+水
进/出口压力	930/10047KPA
流量/扬程	33.4m3/h/861m

1.5高速泵的特点

优点：1、具有稳定的小流量工作稳定性、高气蚀性能和高效率；2、结构紧凑、维护方便、适用范围广、可靠性好；3、使用寿命长

缺点：易出故障，维修费用高

2 故障现象、分析及解决

2.1机械密封泄漏

故障分析：

（1）新机械密封回转面的磨蚀纹路不均匀造成密封泄漏；（2）新机械密封静环破裂，但是在安装中未发现；（3）机械密封因长期使用，密封面磨损严重，起补偿作用的弹簧失效而泄漏；（4）高速轴径向位移过大或高速轴弯曲、失去平衡，径向间隙增大，高速轴摆动，增速箱震动大造成机械密封泄漏。（5）由于气蚀，或进口压头损失，导致密封面振动和弹动，导致机械密封泄漏

故障解决：

机械密封在安装前一定要检查备件的质量。首先检验新机械密封动、静环表面的平面精度。静环上、下往复运动是否有卡涩现象，补偿量是否符合要求，确认没有问题后进行安装。安装后机械密封静环压缩量的大小，决定其是否泄漏，静环的压缩量在1.8-2.0mm之间，如果压缩量不对，可以通过调整增速箱与密封腔之间的垫片。

机械密封静密封点的O型圈严格按照安装图安装，且需要区分油侧和介质侧O型圈，因为O型圈安装位置不对，将导致机械密封寿命缩短。而安装过程中O型圈的缺少将直接导致泵的泄漏。

通过检查高速轴跳动及轴颈处磨损情况，滑动轴承磨损情况来确保高速轴径向位移在要求的范围内（0.09-0.15mm）。防止因径向位移大，齿轮箱振动大，导致机械密封泄漏。通过检查叶轮和诱导轮是否有磨损，来判断扩压器内是否存在较大的异物。

在高速泵投用之前，对导致气蚀的泵进口条件进行调整，对密封腔进行排气再启动（密封腔内气体闪蒸会导致机械密封回转面的损坏）。同时确保机械密封冲洗投用，防止在启动过程中密封面振动或者干磨破裂，导致泄漏。

2.2增速箱振动大

故障分析：

高速泵在运行中本身可能产生振动的原因有：电机轴和增速箱输入轴不对中、滚动轴承故障、滑动轴承故障、转动件不平衡、轴弯曲、齿轮故障、扩压器内有杂物等。

故障解决：

2.2.1轴不对中

轴不对中主要源于安装和检修过程中找正不良，导致运行过程中会产生轴不对中。运行过程对其故障进行分析时，排除其他可能导致增速箱振动大的原因，重新找正。

预防措施：加强检修质量控制，使用膜片联轴器。

2.2.2滚动轴承故障

滚动轴承由于长期运转，轴承游隙增大，滚动体与滑到磨损严重，从而出现疲劳剥落、磨损、腐蚀、断裂、胶合和保持架损坏等故障。由于该泵所使用轴承质量较好，以及泵的结构合理，在运行中滚动体一般只发生疲劳剥落和腐蚀两种故障。滚动轴承疲劳剥落引起较大的轴振动，对泵的危害较大。轴承腐蚀，首先产生较大的噪音，伴随一定的振动，加速滚道和滚子的疲劳损坏。

现场使用过程中还出现过滚动轴承保持架损坏的故障，该故障主要表现为增速箱噪音变大，润滑油颜色变深，油压有波动。增速箱解体后发现中间轴滑动轴承散架，塑料保持架磨损导致润滑油颜色发黑。

预防措施：在安装轴承过程中确保轴承为热装，不存在损伤。日常巡检确保润滑油不缺失，观察润滑油颜色是否变色。

2.2.3滑动轴承故障

滑动轴承有固定瓦、可倾瓦两种形式，用于径向轴承及推力轴承（图2）。正常情况下，在1-2年内不会发生因滑动轴承故障产生的振动。但是轴承间隙过小会引起轴承巴氏合金过热融化，甚至“抱轴”。滑动轴承的内表面进入异物会引起磨粒磨损；径向轴承间隙过小或者润滑不良会引起热粘着磨损，甚至引起巴氏合金层熔化。增速箱在组装完毕后，高速轴的轴向窜量扣除热膨胀差后就是高速轴的运行窜量。增速箱装配过程中输出轴窜量过小会引起止推垫磨损发热，从而导致径向轴承巴氏合金磨损，使滑动轴承间隙增大，产生振动。

每次解体齿轮箱后对径向轴承尺寸进行复核，安装过程保证高速轴轴向窜量为0.mm38±0.05，如图3

图2 滑动轴承

图3 高速轴轴向间隙

高速轴径向间隙为0.09-0.15mm，如图4

轴承最大内径38.15mm 高速轴最小外径38.00mm

图4 高速轴径向间隙

2.2.4转动件不平衡、弯曲

转动件不平衡是指运行过程中只有叶轮和诱导轮会受到输送介质的冲刷，以及介质中异物的撞、卡而产生的不平衡

轴的微量原始弯曲度不会产生异常振动，是因为齿轮轴有较高的强度以及泵的结构合理，泵的输入轴和中间轴在运行过程中一般不会产生弯曲。但是输出轴在运行中由于叶轮或者诱导轮受到过度的冲击可能会产生弯曲，检修中可以检查输出轴的跳动。

2.2.5齿轮故障

齿轮的失效形式包括齿面磨损、齿面胶合、腐蚀和断齿等。齿轮故障主要出现在低速轴齿轮，表现为断齿和齿面腐蚀。主要是因为在启动时，低速轴负载较大，如果存在不对中，齿轮啮合有问题，就极易发生断齿的情况。齿面腐蚀主要是控制好油品中的水分，不产生腐蚀环境。断齿会产生较大的噪音和振动，减少泵的使用周期。另外，润滑系统的稳定运行也是保证增速箱稳定运行的重要因素。

2.3油系统故障

高速泵油路系统循环路线简述：

辅助油路系统：齿轮箱回油管线 → 辅助油泵 → 油过滤器 → 齿轮箱内各润滑点 → 齿轮箱回油管线

主油路系统：齿轮箱内吸油管路 → 主油泵 → 油冷器 → 油过滤器 → 齿轮箱内各润滑点，如图5所示：

图5 润滑油路示意图

启动时辅助油泵先启动,至少开30秒，油压满足要求后，一般要求大于0.1MPA，后启动主机，主油泵在开始工作后，辅助油泵在10秒后停止工作，一般情况下，主机运行时，辅助油泵不宜延长运行时间。正常情况下增速箱的油压在0.1-0.42MPA之间，油温在60-93℃之间。

高速泵在运行过程中极易出现的油路问题是油压低，增速箱油压过低会造成增速箱内部润滑点润滑不足，造成转动部件的磨损，影响泵的使用寿命。而影响高速泵油压的因素很多，主要包括：

（1）主油泵出力不足，主油泵内件的磨损会造成主油泵密封不好，进而导致主油泵出力不足，从而导致油压低；

（2）内部油系统O型圈磨损或者缺失,导致油路存在泄漏点，进而导致油压低；

（3）油系统内部是否堵塞也会造成润滑油压力低；

（4）油路单向阀损坏及油路安全阀损坏都有可能造成油路压力低。通过将油路分段有意识、有目的的断开并开启辅油泵判断导致油压低的原因。

高速泵在运行过程中还会出现以下油路故障：

1.增速箱温度过高，通过检查润滑油油位，放掉过多润滑油，清理油冷却器和检查冷却水是否确实来解决齿轮箱温度过高。如果是因主油泵工作状态不理想，油路油压低造成高速轴与轴瓦磨损，从而导致油温高，倘若出现此种情况，该泵就需要解体检修。

2.润滑油起泡沫，通过检查油位，放掉过多的润滑油来处理。

3.增速箱润滑油颜色变成乳红色或者黄色，正常润滑油颜色为鲜艳的红色，当出现油冷却器泄漏，泵密封泄漏过大造成增速箱润滑油内有水或者物料污染会出现上述现象。此时需要对增速箱进行解体检修，清理油路，检查油冷却器，必要时进行更换。

在日常维护过程中，一定要定期检查润滑油温度、压力和润滑油颜色，通过这些直观的数据和现象可以快速判断高速泵是否出现故障，在故障出现的早期进行解决，防止高速泵出现不可以修复的损坏，影响生产装置的稳定运行。

3结语

高速泵在PTA装置生产过程中起着非常重要的作用，但其辅助系统复杂，检修精度要求高，所以在操作和运行过程中都需要严格认真对待，通过日常维护减少设备的检修次数。本文仔细分析了高速泵易损件的结构和机理，总结了检修时的注意事项，为以后生产中处理类似问题提供了参考。

参考文献

[1] SHS 01035一2004《高速泵维护检修规程》. 中国石化出版社

[2] 圣达因泵维修和操作手册 .1995

— 4 —