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大流量、高扬程柱塞泵振动问题的解决

杨芳菲

中国石油哈尔滨石分公司

摘要: 针对我国化工企业中的大流量、高扬程柱塞泵(容积式泵)存在的问题:振动大、破坏性强、损坏率高、运行周期短,严重影响了生产安全平稳运行,提出了具体的解决方案,并对大流量、高扬程柱塞泵(容积式泵)发展趋势做出了展望。
关键词: 振动;支撑;缓冲器;气阀;气囊
DOI:10.12721/ccn.2024.159429
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前言

2005年7月中石油哈石化分公司甲乙酮化工车间正式开车投产。该装置水合反应器进料泵——高压烃泵是从意大利进口的大型设备。新疆天利、抚顺石油二厂等甲乙酮装置的高压烃泵也是从意大利进口的同类型设备,他们装置的高压烃泵虽然也存振动大、运行周期短等问题,但是相对来说运行较为平稳。哈石化分公司的高压烃泵振动非常大、破坏性极强、损坏率极高、运行周期极短,严重影响了生产平稳安全运行。

1  高压烃泵运行中存在的问题及其根源

1.1振动大且剧烈

抚顺石油二厂和新疆天利甲乙酮装置的高压烃泵振动也都比较大,但是他们的柱塞泵振动剧烈程度比哈石化分公司甲乙酮装置的高压烃泵小得多。抚顺石油二厂的高压烃泵最大频率(往复次数)为120次/分钟。新疆天利两台高压烃泵带有变频器,两台泵同时运行,变频器开度分别为60%和40%,按60%计算,最大频率(往复次数)为122次/分钟,与抚顺石油二厂高压烃泵的频率(往复次数)基本相同。哈石化分公司的高压烃泵最大频率(往复次数)为210次/分钟,其频率明显比抚顺石油二厂和新疆天利的高压烃泵大得多,其他各项参数基本相同,解决办法:一是设计时就把泵的频率(往复次数)定得较低些,如果是成型的柱塞泵,应该加变频器,人为地把频率器的开度降低些。二是增大缓冲器的被动缓冲频率,缓冲器的被动缓冲频率比泵的频率(往复次数)越大越好,越大缓冲效果越好,越有利于泵的平稳运行。

1.2管线布局不合理,高压烃泵运行过程中工艺管线及其附件故障较多

哈石化分公司甲乙酮装置的高压烃泵出入口管线弯管过多,相对而言,直管较少,出入口管线上连接许多工艺放空线、安全阀放空线等,设计时没有对各个管线进行应力分析,多种工艺管线应力相互叠加,造成管线振动扩大化了。安全阀放空线与入口母连接处多次出现裂纹、裂口,柱塞泵出入口放空线均多次出现裂纹等故障。对于这种大流量、高扬程、高频率大型设备上的工艺管线设计时应进行应力分析,并采取必要的手段,使工艺管线布局合理。

1.3气囊(膜片)、气阀组件损坏频率高

新型缓冲器的膜片从试车到开车成功这一个多月时间里,损坏十几次。2004年9月14日对缓冲器进行了改造,由膜片式缓冲器改为国产式气囊组件。材质为三元乙丙的气囊寿命只有几个小时,工艺还不成熟,材质为丁睛26#的气囊寿命很低,只能使用1个多月,材质为丁睛40#的气囊寿命较好,可使用3个月。气阀组件中弹簧和气阀经常损坏,主要表现是入口弹簧从中间磨断,出口弹簧经常脆性断裂,断成许多段,断口有明显脆性断裂的痕迹,也能经常发现弹簧中间外侧壁有磨薄的痕迹。气阀组件国的阀片与导向套连接处根部经常发生脆性断裂,气阀组件的寿命非常低,十几天甚至几天就会出现故障,最多的一次也只使用了三个月。                         

1.4工艺管线的支撑设计不合理

初步设计时可能只考虑支撑只是用来支撑管线重量和简单约束管线上下振动,没有想到这台泵振动如此大,按照普通管线的设计要求设计的支撑无法满足要求。正常设计时柱塞泵出入口管线上也应有弹性支撑,但实际设计中恰恰没有设计弹性支撑,减振效果明显打折扣。由于出入口管线弯头较多,管线不但有纵向振动而且还有横向振动,按照普通管线的设计要求设计的支撑只能约束纵向振动,横向振动没有考虑。这样的设计当然不会达到理想的减振目的。

解决柱塞泵振动的具体方案及其效果

2.1工艺管线支撑的改造

2004年9份,柱塞泵出入口主管线上又多加了许多硬性支撑,在条件允许的地方,把支撑与附近的钢架用大型角钢焊接起来,这样支撑不但能约束纵向振动,而且也能约束横向振动,真正起到全方位的约束作用。改造完后,柱塞泵出入口管线振动明显减小了许多。如果柱塞泵出入口再加上几个弹性支撑,出入口管线的振动可能会更加好些。

2.2缓冲器改造

2004年9月14日,缓冲器由膜片式缓冲器改为国产式气囊组件,入口改为三个气囊(两个63 升、一个80升),出口改为两个80升的气囊。改完后的柱塞泵振动又小了许多,使用丁睛40#的气囊,运行周期可以达到3个多月。

2.3气阀组件的改造

气阀组件中的弹簧,主要是出口弹簧的弹簧丝直径由粗的(加强型)改为细些的,使之抗疲劳强度和脆性断裂能力增强,更换弹簧后的气阀寿命延长了,原来只使用十几天的弹簧经过几次不断更换细丝弹簧后,现在可以使用三个月了。改造后的弹簧从损坏的现象来看,断口还是脆性断裂,弹簧的改造还不彻底,应该改为弹性更好些的,使用效果可能还能会更理想些。气阀的阀片与导向套连接处加厚,导向套边口处减薄,目的减少导向套对弹簧外壁的磨损,避免弹簧的抗疲劳强度和脆性断裂能力降低,从而增大弹簧的寿命。

2.4工艺管线及其附件

 2004年10月份之后,陆续将柱塞泵出入口管线上的放空线与柱塞泵出入口主干线断开(使用时再联上,不用时断开),各放空线及其放空阀很少损坏了。2005年3月份,将柱塞泵体上的安全阀放空线与入口主干线联接处断开,改接到本装置高压放空管网上,目的是避免安全阀放空线与入口主干线的振动互相叠加。改造之后,安全阀下的短接和入口主管线再也没有出现裂纹和漏点,入口主管线的振动也减小了许。

3 对柱塞泵(容积式泵)未来发展的展望

柱塞泵(容积式泵)具有结构简单、效率高、维修方便等优点,是节能、高效社会最理想的机器设备。如果解决其振动问题,便为其全面应用提供了更广阔的舞台。