冷却水泵长周期稳定运行优化措施

第3期冷却水泵长周期稳定运行优化措施潘向东1，李国龙1，刘忠业2，刘秀珍3（1.中国石油天然气股份有限公司吉林石化分公司， 吉林 吉林 132021）（2.中国石油吉林石化公司建修公司， 吉林 吉林 132021）（3.中国石油克拉玛依石化有限责任公司， 新疆 克拉玛依 834001）[摘 要] 石油化工装置大多是24小时连续运行，旋转机械是石化行业设备专业技术人员日常管理和检维修重点。

一些机泵由于设计选型不周、工况变化等原因运行周期较短，维护起来比较困难，成为设备专业技术人员技术攻关的难题，只有延长机泵运行周期，才能保证设备及装置的长、满、稳、优、安运行。

[关键词] 冷却水泵；高温热水；工艺系统；机械密封；优化措施作者简介：潘向东（1981—），男，四川简阳人，西南石油大学过程装备与控制工程专业毕业，工学学士，工程师。

长期从事石化设备管理与检维修工作，已发表论文20篇，获得国家授权专利4项。

某石化公司流化床反应器冷却水泵采用3620L 型双吸双支撑径向剖分结构的单级离心泵调节流化床反应器反应热，并用由此产生的4.8 MPa 蒸汽驱动4台透平压缩机组。

鉴于该机泵在整个工艺流程中的重要性，必须采用可靠性和稳定较好的先进设备，按照AP I 610第8版标准由中石化宁波工程公司进行设计选型，并且高标准、严要求进行招标采购，最终采用了某国际知名流体机械公司进口离心泵。

3620 L 10×12-18C 型离心泵基本参数如下：吸入压力：4.4MPa (G )；排出压力：4.8MPa (G )；入口法兰：12"，ANS I 600#，R F ，顶部（向上）；出口法兰：11"，ANS I 600#，R F ，顶部（向上）；额定流量：592.25m 3/h ；扬程：51.6m ；工作温度：256 ℃；介质：过热水；NPSHa ：3.7m ；驱动端轴承：SK F 6313/P5 1套；非驱动器轴承：SK F 7313 BE G AM 2套；联轴器：THOMAS 71350膜片联轴器；润滑油：100#抗磨液压油；电动机功率：132 kW ；转速：1485r/min ；泵轴材质：17-4PH (A564 Ty.630)。

虽然这些关键机泵经过科学设计选型制造，但是在设备安装、日常检维修和管理中，设备专业技术人员需要通过一系列措施让机泵尽可能安全稳定长周期运行。

下文分别从工艺方面、设备易损件方面等严重制约机泵稳定长周期运行的关键点进行优化。

1 工艺系统优化1.1 控制介质中的杂质新建装置在建设完成后或装置长期停用再次使用之前，需要对蒸汽管道进行吹扫、试压，目的是清除蒸汽管道中的铁锈、焊渣等杂物，防止杂物随蒸汽带至各处造成阀门结合面损坏、保护反应器冷却水泵及汽轮机蒸汽透平，防止杂物进入汽轮机，引起机泵损坏、机械密封失效或汽轮机调速器故障、汽轮机叶片等重大设备事故。

优化措施：为控制蒸汽管道的杂质，应采用压力管道系统吹扫法。

管道的吹扫有人工清理、空气吹扫、爆破吹扫3种，需要考虑管道管径、吹扫长度和现场实际情况综合选取。

通常管道公称直径>DN600时，采用人工清理，此项工作在工艺安装过程中进行；管道公称直径大于DN100小于等于DN600时，采用爆破法吹扫；管道公称直径<DN100时直接用压缩空气吹扫。

吹扫时宜用大型压缩机进行间断性吹扫，吹扫时气流的速度应大于20 m ／s ，吹扫的压力不应超过管道设计压力。

在实际作业过程中，并不局限于以管径为选取吹扫方式的唯一标准，可综合考虑管道的脏污程度，管道口径、距离及现场空压机的功率，选取合适的吹扫方法。

该泵压力管道系统采用先化学清洗、再蒸汽吹扫的方式控制系统内杂质，吹扫完成打靶需符合G B50235-2010及G B50184-2011国家标准及安全要求，方可进行使用。

1.2 提高锅炉水质在工艺系统中介质名称为过热水或撤热水，- 90 -安全密封石油和化工设备2017年第20卷图1 炸裂的硬质合金动环 图2 静环摩擦面环形裂纹但从整个工艺及最终的使用来看，介质其实是锅炉水。

P-9102产生的过热水经过蒸汽发生器（V-9104）后，变为高压蒸汽，直接驱动两台背压蒸汽透平。

蒸汽在整个循环过程中有一部分被使用，一部分在各个出口处泄漏掉。

所以在整个水循环过程中需要经常补水以确保有足够充足的炉水保持循环。

众所周知，蒸汽的产生是由于水的蒸发，在蒸汽产生过程中，水中的盐分大多数并不会随着水蒸气一起蒸发。

然而随着蒸汽的使用和流失，炉水中的盐分越来越高，这对设备本体以及管系、阀件的腐蚀越来越大。

另外，水循环过程中产生的铁锈、悬浮物等固体颗粒会吸附在设备本体上，加速金属的腐蚀。

锅炉水结垢后浪费燃料，不但浪费能量，造成机泵转子不平衡，增加机泵检修量，降低机泵使用寿命。

还会因含盐量高造成锅水起沫，蒸汽严重带水在蒸汽流动系统产生水锤作用，轻则影响汽轮机稳定长周期运行，重则造成汽轮机组损坏的重大设备事故。

优化措施：锅炉水磷酸盐处理有水与钙的特点，形成软水镁渣物质。

磷化处理可提供适当的碱性锅炉水，锅炉水应保持适当的pH 值，酸和锅炉水，污染强碱缓冲性能，因而具有较强的适应性和挥发锅炉水，酸缓冲能力的全过程较弱。

在没有冷凝抛光系统设置单元，磷酸盐配料过程的增强抵抗水泄漏和污染的冷凝器意外启动能力。

磷酸盐在锅炉水存在的条件下，由于共沉积可饱和降低。

蒸汽携带氯和硫酸根离子等，从而减缓了机泵的酸腐蚀。

因此添加磷酸盐仍是主要的锅炉水处理技术，通过添加磷酸三钠控制锅炉水pH 值至8-10 ，且其余锅炉水质指标均需符合G B/T 1576-2008。

2 机械密封优化2.1 机械密封国产化该泵原装机封采用约翰克兰的部分平衡型单端面多弹簧机封，机封冷却方式采用带盘管冷却器的自冲洗方式(AP I plan21)。

由于进口该类型机械密封将使设备维护费用增加很大，并且中国引入该机械密封已60多年，技术已经很成熟，因此在装置投产后决定对该机械密封进行国产化。

国产化后的机械密封基本结构不变，仍然采用平衡型单端面多弹簧集装式结构、非补偿环旋转的方式，动环材质采用硬质合金（YWN8），静环材质采用自润滑性能较好的浸锑石墨。

失效形式：一是机封传动用轴套传动顶丝（304材质）硬度低于轴的硬度，传动顶丝在轴上不能顶出印痕，打滑，无法传递足够的扭矩致轴、胶圈、轴套不能同步旋转；二是封轴套内部O 型圈碳化主要原因为机封厂家选用O 型圈材质不正确。

三元乙丙橡胶在过热蒸汽中，正常使用温度为150℃，性能等级较高的最高使用温度为230℃，而泵身工况为256℃，经分析除了机封轴套O 型圈处温度能达到256℃外，其余四处辅助密封圈：机封压盖与泵体密封O 型圈、动环辅助密封圈、静环辅助密封圈、机封内部中封面密封圈温度均不超过220℃，选用性能等级较高的三元乙丙橡胶能满足工况要求，因此机封轴套内O 型圈选用三元乙丙橡胶会碳化造成机封失效泄漏。

优化措施：一是轴材质为17-4PH ，由铜、铌/钶构成的沉淀、硬化、马氏体不锈钢，洛氏硬度38，布氏硬度363。

为避免传动顶丝打滑，更换机封轴套传动顶丝材质为45#淬火热处理，让传动顶- 91 -第3期 图3 API plan21自冲洗潘向东等 冷却水泵长周期稳定运行优化措施丝硬度达到洛氏硬度40，布氏硬度375，且不至于脆裂，既固定住了机封，又不致传动顶丝开裂或咬死，方便了下次更换机封；二是更换机械密封轴套内部O 型圈材质，选用性能等级较高的Kalrez 全氟橡胶或采用石墨垫片，耐温能达275℃，避免了轴套O 型圈非正常老化，造成机械密封失效。

其次更换机械密封压盖和泵壳密封圈为缠绕垫片，机械密封中面及静环辅助密封圈为聚四氟乙烯，且轴套内部增加一道O 型圈密封。

2.2 机封冲洗系统优化措施在高温热水工况下，机械密封润滑性非常差，如果冷却效果不好，机械密封端面间的液膜容易产生汽化，液膜承载能力下降，液膜减薄，机械密封端面在不稳定的似汽相状态下工作。

由于机械密封端面摩擦热的作用，端面温升加剧破坏液膜的稳定，致使机械密封常常造成非正常优化措施：针对合金环炸裂、石墨环裂纹的原因，封水换热器的冷却水应采用不易结垢的清洁水，避免壳程结垢堵塞。

但工程实际中不会采用清洁水做为机封的冷却水，大多数都采用经过过滤的江水（循环水）作为机封的冷却水或者采用装置经过的处理的废水作为机封冲洗水，这些水实际上很不干净，因此每次更换机封时都要对其封水换热器进行拆解清洗，并且对管程部分进行彻底清理，保证机封冲洗水的温度和流量。

如果在运行中自封水回水超过75℃，应立即倒泵，对封水换热器的管程和壳程均进行清洗。

另外自封水系统管线的最高点安装有排气阀门，在开泵运行之前，务必将系统里的气体排净，否则会造成气阻，系统不循环，机械密封非正常失效。

在日常维护时发现自冲洗管线温度过高时，需对冷却水管线进行在线反冲洗排污；在更换机封或处于备机时，必须对封水冷却器及自冲洗管线的上水回水、冷却水系统的上水回水进行彻底清理。

2.3 机封安装的优化措施双吸双支撑径向剖分泵的特点为：顶吸，顶排，双蜗壳，单级闭式叶轮，单台泵两套密封，双面进液，相当于两个叶轮并联安装在同一轴上（两台泵并联工作）。

这种泵流量较大，又由于叶轮形状对称，两侧轴向力相互抵消，不需要轴向力平衡装置，即使叶轮两侧的液体状况并不完全对称，对转子的轴向力也不会很大，可以由非驱动端的背靠背或面对面角接触球轴承SK F 7313 BE G AM 承受，因此泵的运行工况较平稳。

失效。

美国石油协会AP I 682 -2004版中提到：“用户应该意识到，还有其他确保良好密封腔条件的准则，以保证密封达到的可靠性的要求，如在温度高于82℃热水的工况下，应该采取适当的冷却措施，以保证介质具有良好的润滑性能”。

本泵机封冷却方式采用带盘管冷却器的AP I plan21自冲洗方式，机封摩擦副炸裂产生的主要原因为封水换热器换热能力不足，造成密封腔内温度高，致密封端面介质汽化摩擦副炸裂。

图4 泵的结构示意图安全密封石油和化工设备并将机封传动顶丝松开，使未更换的一端机封处于自由状态，待更换机封完毕，两端同时紧固机械密封传动顶丝定位，摘掉定位卡子。

两端同时更换机械密封更需如此，两端机械密封必须在转子调整完毕后同时定位，保证机械密封弹簧的压缩量。

由于现场作业空间有限，机封轴套传动顶丝的紧固，必须配备合适的6mm平头内六角扳手，最好能用套管头带加长杆或力矩扳手。

3 轴承优化3.1 轴承安装优化根据轴承装配方式以及轴承厂家的建议，考虑制作专用的轴承拆装工具和轴承加热工具。

如果轴承拆下后需要再次利用，则绝不可通过滚动体施加拆卸力。

根据本泵随机技术资料，使用过的轴承一般不建议再次使用，因此拆卸轴承时主要考虑不伤及泵件即可。