從屏蔽泵軸承磨損檢測(cè)入手，通過(guò)對(duì)屏蔽泵運(yùn)行狀況、故障的時(shí)點(diǎn)和軸承磨損原因分析，闡明在催化劑再生期間屏蔽泵最小回流量不足、軸承材質(zhì)耐磨性稍差是泵失效的主要原因，并采取有效措施進(jìn)行改進(jìn)，使高溫小流量屏蔽泵運(yùn)行周期延長(zhǎng)，維修費(fèi)用降低。

一、前言

　　某生產(chǎn)裝置應(yīng)用一臺(tái)小流量屏蔽泵，輸送生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的少量高分子副產(chǎn)物，因其熔點(diǎn)較高，容易凝固，故此屏蔽泵必須在200℃左右操作。高溫、小流量使該泵難于正常運(yùn)行，自生產(chǎn)裝置開(kāi)工后經(jīng)常發(fā)生故障。頻繁失效引起生產(chǎn)與維修成本升高，且常常造成生產(chǎn)裝置非計(jì)劃停車(chē)，因此改造該屏蔽泵，延長(zhǎng)其運(yùn)轉(zhuǎn)周期成為裝置生產(chǎn)安全運(yùn)行的關(guān)鍵。

二、屏蔽泵的結(jié)構(gòu)與運(yùn)行狀況

　　屏蔽泵是一種全封密結(jié)構(gòu)的無(wú)動(dòng)密封泵，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。泵的葉輪與屏蔽電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子安裝在同一軸上，由前后軸承支承浸在輸送液體中，輸送液體通過(guò)內(nèi)循環(huán)回路帶走電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量并潤(rùn)滑軸承。電動(dòng)機(jī)的定子內(nèi)表面與轉(zhuǎn)子外表面有非磁性的耐腐蝕金屬薄板密封焊接，使定子繞組與轉(zhuǎn)子鐵心和輸送液體完全隔開(kāi)，保證電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。屏蔽泵應(yīng)用的軸承通常是具有常規(guī)結(jié)構(gòu)的液體潤(rùn)滑滑動(dòng)軸承，其材質(zhì)一般采用石墨或浸漬其他材質(zhì)石墨，具有自潤(rùn)滑性能優(yōu)良、摩擦因數(shù)較小、強(qiáng)耐蝕性、高熱穩(wěn)定性和導(dǎo)熱性等特點(diǎn)。故真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.mp99x.cn/)認(rèn)為屏蔽泵特殊結(jié)構(gòu)使其相對(duì)普通離心泵有全封閉不泄漏、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)安全性能高、噪聲低和結(jié)構(gòu)緊湊等優(yōu)點(diǎn)，非常適合輸送易燃、易爆、有毒和腐蝕液體。

　　高分子副產(chǎn)物具有一定的毒性，且在較高溫度下才能保持液體狀態(tài)，很適合用屏蔽泵輸送。選用的屏蔽泵配置有軸承電子監(jiān)視器和軸承溫度計(jì)，以便監(jiān)控泵運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中軸承的運(yùn)行情況;軸承潤(rùn)滑采用自潤(rùn)滑方式，利用泵送液體沿泵體內(nèi)自循環(huán)回路流動(dòng)，經(jīng)過(guò)軸承和定子屏蔽套與轉(zhuǎn)子之間的間隙，潤(rùn)滑軸承并帶走電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的熱量;其額定流量0.8m3/h，最大流量1.8m3/h，最小流量要求是0.50m3/h，出入口壓差為0.284MPa，泵的設(shè)計(jì)溫度250℃，操作溫度200℃左右;在正常生產(chǎn)過(guò)程中，該泵輸出流量包括最小回流線流量和輸送至副產(chǎn)物儲(chǔ)罐流量，通常輸送到儲(chǔ)罐的流量為0.25～0.3m3/h。

　　此屏蔽泵自生產(chǎn)裝置開(kāi)工以后，運(yùn)行周期較短，每年需要檢修幾次，根據(jù)記錄統(tǒng)計(jì)從2007年初到2012年底共檢修29次，平均每年檢修接近5次。該泵故障表現(xiàn)是電子監(jiān)視器顯示由綠燈迅速轉(zhuǎn)變?yōu)?盞黃燈或紅燈，這些現(xiàn)象說(shuō)明屏蔽泵的滑動(dòng)軸已發(fā)生磨損。故障多發(fā)生在生產(chǎn)反應(yīng)所用的催化劑再生期間或再生結(jié)束后運(yùn)行2天內(nèi)。在催化劑再生期間反應(yīng)停止，同時(shí)副產(chǎn)物也不再生成;此階段屏蔽泵繼續(xù)運(yùn)行，但不再外送副產(chǎn)物到儲(chǔ)罐，只沿最小回流線進(jìn)行循環(huán)，根據(jù)屏蔽泵設(shè)計(jì)要求最小回流線流量是0.50m3/h，由安裝在最小回流線上的一個(gè)孔板限制。

三、屏蔽泵故障原因分析

　　副產(chǎn)物屏蔽泵經(jīng)常發(fā)生故障，已影響到裝置生產(chǎn)的正常和安全運(yùn)行，因此分析并找出其故障的主要原因是解決問(wèn)題的關(guān)鍵。屏蔽泵軸承電子監(jiān)視器顯示紅燈，表明屏蔽泵軸承已發(fā)生磨損;查看此泵多次的檢修記錄，有軸承與轉(zhuǎn)子表面均有明顯摩擦痕跡的記載，這些現(xiàn)象說(shuō)明滑動(dòng)軸承磨損是該泵失效的主要原因。為了證實(shí)軸承磨損和了解滑動(dòng)軸承磨損的程度，在2010年4月對(duì)故障屏蔽泵的軸承、軸套與推力板進(jìn)行了專業(yè)測(cè)量(測(cè)量圖見(jiàn)圖2、圖3，安裝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4)：推力板厚度沒(méi)變化，無(wú)磨損;從軸承與軸套磨損后實(shí)際測(cè)量數(shù)據(jù)(見(jiàn)表1)可知，滑動(dòng)軸承內(nèi)徑前端增大0.5mm，后端增大1.3mm，軸向長(zhǎng)度沒(méi)變化;軸套外徑前端減少0.34mm，后端減少0.44mm;滑動(dòng)軸承與軸套的之間的間隙前端增大到0.84mm，后端增大到1.74mm。這些數(shù)據(jù)充分說(shuō)明屏蔽泵的徑向磨損嚴(yán)重，軸向無(wú)任何磨耗。

　　自潤(rùn)滑屏蔽泵有一缺點(diǎn)：在長(zhǎng)時(shí)間小流量運(yùn)行的狀況下，有可能導(dǎo)致屏蔽泵內(nèi)液體汽化、軸承發(fā)熱等運(yùn)行故障，并且引發(fā)泵干運(yùn)轉(zhuǎn)、損壞滑動(dòng)軸承與屏蔽套等嚴(yán)重問(wèn)題。副產(chǎn)物屏蔽泵設(shè)計(jì)流量較小，操作溫度較高，且在催化劑再生期間，泵的輸出流量只有最小回流線的流量，此流量是泵的最小操作流量，泵最小操作流量為內(nèi)部組件潤(rùn)滑所需要的最小流量，若操作流量小于泵最小操作流量則會(huì)造成軸承與軸套之間缺少足夠的潤(rùn)滑流體，加速軸承與軸套間的徑向磨損。

表1 屏蔽泵故障后軸承與軸套間隙值變化(單位：mm)

　　由此根據(jù)副產(chǎn)物屏蔽泵發(fā)生故障的時(shí)間和以上對(duì)泵故障后軸承、軸套與推力板的測(cè)量分析結(jié)果可以初步判斷，該泵軸承磨損的主要原因可能有兩個(gè)。

　　1)泵輸出量不足引起泵內(nèi)循環(huán)的潤(rùn)滑、冷卻流體減少，造成滑動(dòng)軸承嚴(yán)重的徑向磨損。

　　2)軸承材料的耐磨性能較差，在高溫環(huán)境下當(dāng)潤(rùn)滑狀況變差時(shí)易磨損。

　　按以上分析判斷，增加屏蔽泵內(nèi)循環(huán)流體流量，提高泵輸出流量是解決問(wèn)題、使屏蔽泵的軸承得到充分潤(rùn)滑、減少磨損的有效方法。要提高該泵的輸出流量，特別在催化劑再生期間，只能提高泵的最小回流線的流量;此泵的最小回流線的流量由孔板限定，若孔板的孔徑設(shè)計(jì)不合適或堵塞都能造成泵的輸出流量變小，故應(yīng)該先核算孔板孔徑，核對(duì)回流流量是否滿足最小回流流量，是否達(dá)到軸承充分潤(rùn)滑的條件。在孔板設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)單上查到：孔板前后壓差2.5bar(1bar=105Pa，下同)，流量0.50m3/h，孔板孔徑為3.25mm。利用下面孔板孔徑計(jì)算公式計(jì)算得出的孔徑為3.508mm，所以利用直徑3.25mm的孔板使屏蔽泵的輸出流量可能不足0.50m3/h，若溫度波動(dòng)或有雜質(zhì)堵塞，最小流量更難以保證。由此推斷：孔板的孔徑較小是屏蔽泵在催化劑再生期間其軸承嚴(yán)重磨損從而造成故障的主要原因。

　　式中 D——孔板直徑，單位為mm;Q——通過(guò)孔板的流量，單位為m3/h ;Cr——流量系數(shù)，取值0.65;ΔH——孔板壓差降，單位為m。

四、改進(jìn)措施

　　針對(duì)上述分析結(jié)果，在2013年6月裝置停車(chē)檢修期間對(duì)屏蔽泵采取了以下改進(jìn)措施。

　　(1)措施一 增大孔板的孔徑，提高屏蔽泵的輸出流量使之大于最小流量，尤其在催化劑再生期間，保證屏蔽泵內(nèi)循環(huán)流量，改善滑動(dòng)軸承的潤(rùn)滑和電動(dòng)機(jī)冷卻狀況。根據(jù)泵的性能測(cè)試數(shù)據(jù)(見(jiàn)表2)和正常生產(chǎn)過(guò)程中對(duì)外輸送量，確定通過(guò)孔板回流量為1.0m3/h，計(jì)算出孔板的孔徑是4.96mm。孔板改造后，正常生產(chǎn)中屏蔽泵的輸出流量可達(dá)到1.30m3/h，最小是1.0m3/h，既不影響裝置正常生產(chǎn)的運(yùn)行，也改善了催化劑再生期間軸承的潤(rùn)滑。

表2 重組分屏蔽泵測(cè)試數(shù)據(jù)記錄

　　(2)措施二 改進(jìn)滑動(dòng)軸承材質(zhì)，提高其在高溫工況下的耐磨性能，以防止孔板堵塞或泵輸出流量突然減少而引起軸承嚴(yán)重磨損的發(fā)生。副產(chǎn)物屏蔽泵的滑動(dòng)軸承所使用材料是CG43，屬于浸漬樹(shù)脂與金屬的石墨，此材料制作的軸承應(yīng)用廣泛，自潤(rùn)滑性能好，瞬間的干運(yùn)轉(zhuǎn)也可保證泵體不致造成結(jié)構(gòu)性的損壞， 即便軸承發(fā)生碎裂，CG43材質(zhì)因其硬度較低，不會(huì)造成屏蔽泵的隔離套的嚴(yán)重刮損甚至于破裂;耐熱性能好，能使用于高溫的操作工況，甚至于可達(dá)近450 ℃;但這種材質(zhì)的耐磨性有點(diǎn)差，硬度稍低，在高溫和泵體內(nèi)循環(huán)流量不足的工況下易磨損。為了提高軸承的耐磨性能，改進(jìn)軸承材質(zhì)為CG93，在浸漬金屬與樹(shù)脂的石墨表面鍍一層4mm碳化硅(SiC)(見(jiàn)圖5)，此材質(zhì)結(jié)合了石墨CG與碳化硅SiC兩種材質(zhì)的特性，使軸承更適合在高溫工況下運(yùn)行。由于材質(zhì)改進(jìn)使軸承硬度提高，與軸承相配的軸套和推力板的材質(zhì)同時(shí)改進(jìn)，在316SS基材表面增加碳化鎢鍍層，使軸套與推力板和軸承耐磨性能相適應(yīng)(安裝結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖6)。

五、結(jié)語(yǔ)

　　通過(guò)對(duì)泵故障的原因分析和兩項(xiàng)改進(jìn)措施的實(shí)施，高溫、小流量重組分屏蔽泵在2013年6月改造安裝后，其軸承溫度計(jì)顯示軸承溫度值從196℃下降到192℃;到2014年5月底此泵軸承電子監(jiān)視器維持一盞綠燈，運(yùn)行非常平穩(wěn)。該屏蔽泵的改造不但保證了生產(chǎn)裝置的長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行，同時(shí)也減少了維護(hù)檢修工作量，降低了生產(chǎn)和維修成本。