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循环氩泵迷宫密封磨损故障分析与处理

2013-01-28

作者：厉洪波
（济南鲍德气体有限公司）
　　摘　要：针对40000Nm3/h制氧空分设备循环氩泵多次发生迷宫密封磨损问题，对其故障现象和原因进行了分析研究，并采取相应的检修方案和工艺措施，从而彻底解决了密封磨损问题，取得了良好的使用效果。
　　关键词：大型空分设备；循环氩泵；迷宫密封；磨损
　　0　引言
　　济南鲍德气体有限公司于2001年3月18日正式挂牌成立，主要产品是氧气，主导产品有氮气、氩气、压缩空气。公司目前拥有6台套制氧机，具有l3.5万m3/h的制氧能力，制氧设备采用先进的工艺流程及具有先进水平的控制技术，制氧装备水平和技术水平达到了先进、国内一流。公司质量检测仪器30余台套，主要过程质量检验全部采用进口设备，具有强大过程和Z终产品的检验能力，现已一举发展成为山东省气体行业规模Z大、实力Z强、市场占有率Z高的大型专业气体生产经营企业。2005年，我公司引进1台由林德工程(杭州)有限公司所提供的40000Nm3/h制氧空分设备，该制氧机采用常温分子筛净化、空气循环增压、增压透平膨胀进下塔、全精馏制氩、液空全回流提取粗氪氙、氧、氩产品内压缩的先进工艺流程，该空分设备投产后运行较为平稳。
　　2008年6月，我公司的40000Nm3/h空分设备有1台工艺循环氩泵发生r迷宫密封磨损故障，危及空分系统的稳定运行。经过细敛分析查找故障发生原因，然后采取相应的措施，目前该泵能够稳定运仃，密封磨损故障再也没有发生。该泵的型号是ZP200-l8-DC-CB-LABS-H-HF-SC，设计流量60550Nm3/h，电机掣号是WNF160L-2，电机功率l8.5kw，额定转速2940r/min，额定电流34.5A，频率50Hz。此泵是电机通过刚性联轴器1直接连接泵的转子轴7，泵体是依靠连接框架3与电机连接，利用变频启动，在一定转速下将液体介质输出，从而满足工艺运行要求。图1是循环氩泵的结构示意图。
　　1　故障现象
　　2008年6月13日，岗位点检人员发现循环氩泵P4566B轴封漏液严重，在调节轴封处密封气压力后，漏液情况没有明显变化，随即开启备用泵P4566A，然后对P4566B泵以及与其相连工艺管道进行加温吹扫，加温吹扫完毕后对P4566B泵所安装的小冷箱进行扒砂，Z终将该泵拆卸。对P4566B泵解体后发现该泵迷宫密封磨损严重，是造成漏液的直接原因。
　　2008年6月14日，为了保证40000Nm3/h制氧机的可靠稳定运行，检修人员没有仔细寻找磨损原因，在完成该泵迷宫密封更换工作后，重新将P4566B泵安装，并按照操作规程要求进行试车，试车时发现泵体异音较大，迷宫密封处依然漏液。由此判断，新换的迷宫密封再次被磨损。
　　2　事故原因分析
　　根据以上的设备事故现象，我公司决定彻查P4566B泵迷宫密封磨损的原因，具体解决方案和步骤如下：
　　2.1 转子轴运转轨迹测量
　　以电机与泵体之间的连接框架为基准，制作专用夹具，使用百分表测量氩泵转子轴的径向跳动，测量结果显示，转子轴轴头处径向跳动为0.15mm，可以判断，转子轴运转径向跳动是造成密封磨损的直接原因。
　　2.2 转子轴径向跳动原因分析
　　转子轴径向跳动，可能存在的原因有以下2方面：(1)转子轴弯曲或轴中间联接不同心；(2)转子轴中心线与泵体中心线不同心。
　　我们对转子轴运转轨迹详细分析后认为，转子弯曲情况下。轴头运转的轨迹应该与泵体同心且沿圆周均匀，而不是固定地偏向某一侧。为了进一步证明以上的分析结论，我们将该泵的转子轴拆卸，放到车床上用百分表进行径向跳动测量，测量结果显示，转子轴的径向跳动为0.02mm，故得到转子轴没有弯曲的结论。而且可以确认，转子轴的径向跳动的结果是转子轴中心线与泵体中心线不同心造成的，并且，两轴线不平行。
　　2.3 转子轴中心线与泵体中心线不同心的原因分析
　　如图1所示，该泵的转子轴是依靠电机的一副轴承定位的，因此，我们首先对轴承进行了检查。经检查，确认电机轴承无异常。因此，Z终决定以转子轴为基准，依次对电机定子端面法兰止口、连接框架、泵体进行检测，寻找该液体泵迷宫密封磨损的根本原因。
　　(1)以电机轴为基准，测量电机定子端面法兰止口与电机轴的同心度，经测量，偏差是0.02～0.03mm，确认电机轴与定子之间装配正常；
　　(2)以转子轴(电机轴的延长)为基准，测量连接框架端面法兰止口与转子轴的同心度，经测量，同心度偏差为0.10mm。
　　通过对上述测量的结果分析，可以确认连接框架变形是造成该泵迷宫密封磨损的根本原因。经分析，连接框架变形的原因主要有以下2个方面：
　　(1)连接框架由4根空心不锈钢方管焊接而成，强度较弱；
　　(2)该泵采取的是卧式安装，在安装时由于安装方法不合理，泵体受到较大应力。
　　3　技术改造方案确定与实施
　　通过测量分析确认，液体泵密封磨损的根本原因是连接框架变形，因此，整改的措施应该针对连接框架的变形。
确定的初步方案是：制作专用工具，对连接框架进行外力矫正。但考虑到没有先进可靠的矫正设备，无法保证矫正精度，故此方案不切实际。
　　经过进一步讨论，攻关小组将方案优化为：先尝试旋转连接框架的安装位置，然后根据转子轴的径向跳动测量结果确定是否进行矫正，具体的检修操作如下：检修人员先将连接框架安装方向旋转180°，以转子轴中心为基准，对连接框架端面法兰止口同心度进行测量，结果是Z大偏差为0.04mm，该安装偏差在允许范围之内。然后依次对泵体各部件进行安装，安装完毕后对该液体泵进行试车前的手动盘车，迷宫密封处没有异音，故障得到解决。
　　不过为了提高此次试车的成功率，我们还采取了以下几项措施：
　　 (1)将该液体泵所使用的密封气源由原来的氮气改为露点要求更高的氩气，并且按设备使用说明调整好密封气的压力；
　　(2)由于该泵是卧式安装，液体泵蜗壳部分处于悬臂状态，所以在安装该泵时，要保证所有紧固螺栓处于自由状态下进行紧固，以使该泵的连接框架不受较大的外力而变形；
　　(3)关注该泵试车时的操作，预冷前加温吹扫要彻底，然后在确认泵体预冷充分的情况下再进行试车。
　　4　结语
　　总结本次处理故障的经验，具体有以下几个方面：
　　(1)要对故障现象进行认真分析，然后采取有效的方案查找故障原因。在出现多种可能性原因时，要做到冷静思考，逐一排除次要原因，抓住主要原因，Z终根据所查找到的原因采取切实可行的解决措施。
　　(2)根据工艺和实际生产特点，在整个故障处理过程中，特别需要注意安全问题。首先，对于低温设备的检修工作要注意防冻，设备检修前一定要排液加温吹扫彻底；其次，在液体泵所安装的小冷箱中检修属于受限空间作业，要有专职的监护人员，并且作业人员必须随时监测冷箱中的氧含量，防止窒息；第三，此类检修工作是在制氧机不停机的状态下进行的，所以在实施作业前要有周密的工艺操作安全措施，防止岗位人员误操作而造成对检修人员的伤害。
　　我们通过此次对循环氩泵P4566B的故障检修，掌握了一些故障处理的方法和步骤，积累了大量的现场工作经验，受益匪浅。通过近3年的运行观察，该泵至今没有再出现迷宫密封磨损的问题，故障得到彻底解决。
来源：《机电信息》2011年24期

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