高压锅炉给水泵平衡腔压力高原因分析及修复处理.pdf

工艺与设备化 工 设 计 通 讯 Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 77 第42卷第7期 2016年7月 重庆建峰化工股份有限公司化肥分公司合成装置采用美 国布朗合成氨工艺，设计生产能力为1 000t/d。其高压锅炉给 水泵（100-P14C）为双壳体多级高压离心泵，采用 EBARA 引 进技术的 DC 型泵，它的结构特征为通过外部的圆筒体和带有 一环形联接面的大端盖将径向剖分的內壳体包裹在其中。在内 外壳体之间充满压力为出口压力的液体，外壳体承受膨胀应 力和拉伸应力。相比之下，內壳体仅仅承受压缩应力。泵主 要由三大基本部件组成 ： 外筒体和泵盖部件、内筒体部件和 轴承部件。高压锅炉给水泵 （100-P14C） 是把除氧器 （100-V29） 除氧后的锅炉水加压后，一部分送到合成装置两台高压汽包 （100-V7）和（100-V21） ，作为锅炉给水，另一部分去过热蒸 汽降温器作为减温水。在合成装置中，高压锅炉给水泵有三 台（100-P14A/B/C） ，一用二备，三台泵均由电机100PM14A/ B/C 驱动。来自除氧器（100-V29）的压力为0.36MPa，温度 为140（最大为155）的合格除氧水，经高压锅炉给水泵 十一级压缩后，出口压力为13.86MPa，送到汽包作为锅炉给 水和送到各蒸汽降温器作为减温水。图1为高压锅炉给水泵流 程。 图1 高压锅炉给水泵（100P14C）流程 给水泵的技术性能见表1，高压锅炉给水泵主要零部件材 料见表2。 2 问题的产生 100P14C泵自2011年10月10日设备更新并投入正常运行， 截至目前累计运行5a，从检测情况观察振动、温度良好。但 从2016年7月开车以来，机泵运行效率开始有下降趋势，直 至8月系统低负荷运行，机泵运行效率偏低。在8月底，随着 页岩气并入系统，装置高负荷运行，100 P14C 运行效率明显 下降（见表3） ，对8月27日效率计算较刚投运时降低了10% ； 电流由刚投运时的117A 涨至123A ； 出口压力也降低了1MPa 左右，目前系统在负荷30 500m3（标）/h 时高压压力只能维持 在12.3MPa 左右，才能维持两汽包液位稳定 ； 而平衡腔压力 在泵运行初期为0.34MPa，运行至2016年8月27日为0.4MPa， 可见系统提升负荷后，压力逐渐上涨（表4） 。 表1 高压锅炉给水泵主要特性参数 项目参数项目参数 制造厂嘉利特荏原泵业有限公司排出压力 /MPa13.968 规格型号150150DCS（A）11M吸入温度 /140 级数11密度 /（kgm 3） 928 流量 /（m3 h 1）204额定轴功率 /kW 1 055.8 杨程 /m1 495转速 /（rmin 1） 2 980 NPSHR/m6.0效率 /%73 最小流量 /（m3 h 1）60 表2 高压锅炉给水泵主要零部件材料 部件材料部件材料 制造厂嘉利特荏原泵业有限公司叶轮口环3Cr13 规格型号150150DCS（A）11M壳体口环2Cr13 圆筒体 / 壳体20MnMo（锻）主轴2Cr13（锻） 中段ZG2Cr13平衡盘3Cr13 叶轮ZG1Cr13平衡套2Cr13 导叶ZG1Cr13 表3 100P14C负荷与效率变化情况表 m3（标）/h 时间负荷计算效率时间负荷计算效率 2016.3.631 50068.078 482013.9.2330 60664.589 51 2016.4.626 08663.550 412013.9.3032 04265.680 79 2016.5.931 26566.073 482013.10.829 99063.831 79 2016.5.1227 90063.489 42013.11.430 41758.515 09 2016.7.2330 48967.618 622013.11.529 458 52.579 36 2016.8.2725 00562.947 362013.11.27 292 52.311 79 3 高压锅炉给水泵解体检查 为了解决100P14C 平衡腔压力偏高的问题，2016年8月 28日，对100P14C 进行解体检查。拆除轴承及机封，取出平 衡鼓，吊出泵盖，拆下平衡套，发现泵盖与平衡套密封端面 冲刷严重，最大深度达50mm，出现的凹坑有多处，整个密封 面均有冲刷的痕迹，平衡套密封 O 环碳化，泵盖冲刷严重部 摘 要 ： 高压锅炉给水泵平衡套 O 形密封圈失效是造成高压锅炉给水泵泵平衡腔压力升高的主要原因，介绍高压锅炉给水 泵泵盖缺陷处理措施，较好地解决了高压锅炉给水泵平衡腔压力升高的问题，为一化二化同类型高压锅炉给水泵泵盖密封的泄 漏处理及相关问题提供了很好的解决措施。 关键词 ： 高压锅炉给水泵 ； 泄漏 ； 密封圈 ； 补焊 中图分类号 ： TK223.52 文献标志码 ： A 文章编号 ： 10036490（2016）07007703 Cause Analysis and Repair Treatment of High Pressure Boiler Feed Water Pump Equilibrium Chamber Pressure Hu Ze-jun Abstract ： The analysis of the failure of the O-ring of the balance pump of the high-pressure boiler feed pump is the main cause of the pressure increase of the pumps pressure in the high-pressure boiler feed pump.The treatment measures of the pump cover of the high-pressure boiler feed pump are introduced，which solves the high-The problem of the pressure rise in the balance chamber is a good solution to the leakage of the pump cover seal of the same type of high pressure boiler feed pump and the related problems. Key words ： high pressure boiler feed water pump ； leakage ； sealing ring ； Repair welding 高压锅炉给水泵平衡腔压力高原因分析及修复处理 胡泽君 （重庆建峰化工股份有限公司化肥分公司，重庆 408601） 收稿日期 ： 20160706 作者简介 ： 胡泽君（1970） ，男，高级工程师，2014 年 1 月毕业于 大连理工大学机械设计及制造自动化专业，现在重庆建峰 化工股份有限公司化肥分公司运行一部从事合成氨设备技 术研究工作。 万方数据 工艺与设备化 工 设 计 通 讯 Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 78 第42卷第7期 2016年7月 位呈孔状（见图2） ，O 环严大部分已被冲掉。平衡套 O 环剩 余部分断面见图3。 图2 100P14C泵盖缺陷图 图3 平衡套 O环剩余部分断面 4 引起高压锅炉给水泵平衡腔压力高的原因浅析 4.1 高压锅炉给水泵平衡套O形密封圈方面的原因 现场查看高压锅炉给水泵泵盖内表面极不圆整，有很多 麻点（见图2） ，经分析密封面存在着同轴度偏差，密封高度 不相等以及 O 形密封圈截面直径不均匀等现象，可能使得 O 形密封圈的一部分压缩过大，另一部分过小或不受压缩。当 密封面存在偏心即同轴偏差大于 O 形密封圈的压缩量时，密 封沟槽同轴度偏差大的另一个害处是使 O 形密封圈沿圆周压 缩不均。此外，还有由于 O 形密封圈截面直径、材质硬度等 的不均以及平衡套表面粗糙度等因素的影响而失效。O 形密封 圈失效导致流体冲刷，高压锅炉给水泵泵盖与平衡套密封间 隙越大，大量的锅炉水长时间更加冲击泵盖，在不断的锅炉 水冲击力的作用下，导致泵盖内表面被一点一点剥落，进而 导致大量泄漏，因而出现平衡腔压力高。 4.2 工艺运行方面的原因 由于使用温度是影响 O 形密封圈永久变形的一个重要因 素。高温会加速橡胶材料的老化。工作温度越高，O 形密封圈 的压缩永久变形就越大。当永久变形大于40% 时，O 形密封 圈就失去了密封能力而发生泄漏。因压缩变形而在 O 形密封 圈的橡胶材料中形成的初始应力值，将随着 O 形密封圈的驰 张过程和温度下降的作用而逐渐降低以致消失。氟橡胶耐热 性界限为140，而100P14C 工作温度最高达到141，对 O 环造成影响，降低其强度，减少其寿命，由于泵盖与平衡套 间歇本身比较大，所以水量的冲击更可能加剧了 O 环的损坏。 在系统停运时，由于泵长期处于常温状态，O 形密封圈由于温 度的急剧降低而减小或完全丧失回弹性能，多次作用使 O 环 失效，最终导致密封端面泄漏，造成平衡腔压力高。 综上所述，高压锅炉给水泵平衡腔压力高主要是由于平 衡套O形密封圈失效造成。 O形密封圈失效的原因有两个方面， 一是 O 形密封圈材质耐高温及抗温差性能 ； 二是与工艺系统 经过长期运行后大修停运有关， O 形密封圈硬化失去回弹性能。 5 处理方法选择 当初考虑100P14C 泵盖修复难度大，准备重新加工套环 进行镶嵌处理，因检修公司车床精度不高，极易造成偏心，难 以达到原设计要求。由于2014年大修距离现在仅2个月，只 要措施得当进行局部修复处理，完全可以满足工艺要求。 6 处理过程 6.1 高压锅炉给水泵泵盖缺陷打磨、补焊处理 高压锅炉给水泵泵盖与平衡套密封端面需用电磨打磨后 上车床进行加工，而现场不具备条件，决定将其拉到检修公 司压容部机加厂房配作修磨，密封部位与平衡套配套进行， 组对间隙努力控制使其不能偏大。清除坡口及两侧的油，污、 水分等污染物。 采用氩弧焊补焊时严格控制好熔深，焊缝只能在泵盖内腔 进行，严禁熔到泵盖底部本体上（见表5） 。按规范施焊，严 格控制热输入，认真清理各层间焊渣、飞溅及其它缺陷。整 圈焊缝分段（沿圆周均分为8等分）对称施焊。焊前进行预热 处理，焊后进行消氢处理，工艺评定 ： 277.GTAW/SMAW- - 5/ -1-1G-12。 表5 高压锅炉给水泵泵盖焊接规范 极性 电流 /A 电压 /V 坡口 形状 焊速 / （mm min-1） 焊接 材料 焊接材料 规格 /mm 直流80 12010 13I40 45H08Mn2Si2.4 6.2 高压锅炉给水泵泵盖内腔直径的确定 依据在现场所测得的高压锅炉给水泵泵盖内腔直径、平 衡套外径、高压锅炉给水泵泵盖 O 环密封函等尺寸，确定高 压锅炉给水泵泵盖 O 环密封函的精确尺寸，经咨询嘉利特荏 原泵业有限公司售后技术服务人员，设计间隙值为0.02mm， 结合现场测绘实际情况，最终确定高压锅炉给水泵泵盖内腔 直径为240.07mm（图4） 。 图4 100P14C泵盖密封间隙图 6.3 PT.探伤检查检测 冷却后，焊缝进行100% PT. 探伤检查，检测标准 ： JB/ T4730-2005，合格级别 ： PT. 级。 6.4 高压锅炉给水泵泵盖补焊部位光刀 据先前确定的高压锅炉给水泵泵盖内腔直径 （240.07mm） 。 采用 C5225万能双柱2.5m 立式车床，为防止出现车床跳动造 表4 高压锅炉给水泵主要工艺数据记录 时间（8.27） 泵驱动端 /泵推力端 /电机驱动端 /电机推力端 /电流 /A FC100/ （Nm3h1）平衡腔压力 /MPa入口压力 /MPa出口压力 /MPa 1 ： 004245565812030 5000.390.3412.5 5 ： 004245565812030 0000.400.3412.5 9 ： 004245565812027 5000.40.3612.5 14 ： 004245565812027 5000.390.3612.3 17 ： 004245556012527 5000.400.3412.3 21 ： 004245556012527 0000.400.3412.3 22 ： 004245565811927 0000.400.3412.3 23 ： 004245565812027 0000.400.3412.3 24 ： 004245565812227 0000.400.3412.3 万方数据 工艺与设备化 工 设 计 通 讯 Technology and EquipmentChemical Engineering Design Communications 79 第42卷第7期 2016年7月 成进刀量偏差，避免出现泵盖与平衡套间隙大，先将内控尺 寸粗加工到239.9mm，然后将其精加工到240.07mm，最后表 面做抛光处理及 PT. 探伤检查检测。 7 修复效果评价 高压锅炉给水泵泵盖机修复完成以后（图5） ，立即进 行了装配并投入使用。经过近一周运行，平衡腔压力均保持 0.36MPa，电流较修复前最多下降了12A（表6） ，达到设计时 水平，运行十分稳定，证明本次采取修复方法是成功的，达 到预期的目的。 图5 高压锅炉给水泵泵盖修复效果 8 结束语 为了避免高压锅炉给水泵在装置运行过程中再次出现平 衡腔压力高，一方面在炉给水泵泵盖加工过程中应提高炉给 水泵泵盖内腔直径加工精度，在平衡套安装过程中严格控制 其安装间隙，提高密封面的加工精度以及减小偏心是保证 O 形密封圈具有可靠的密封性和寿命的重要因素。同时避免平 衡套与泵盖间隙过大造成 O 形密封圈压缩量不够无法完全密 封。另一方面应加强运行管理，特别在系统停运时，应保持 泵内水温，避免 O 形密封圈由于温度的急剧降低而减小或完 全丧失回弹性能，延长 O 形密封圈使用寿命。特别在运行一 段时间后长时间停运系统，应尽量更换 O 形密封圈，或者选 择抗温差变化能力强的 O 形密封圈。 参考文献 1 董定元 . 金属管焊接 M. 北京 : 机械工业出版社，1997. 2 黄振仁 . 压力管道安全技术现状及对提高压力管道安全性的建议 J. 化工机械，1997， （6） ： 359-363. 3 李亚江 . 焊接材料选用 M. 北京 : 化学工业出版社，2015. 表6 高压锅炉给水泵修复后主要工艺数据记录表 时间（9.3） 泵驱动端 /泵推力端 /电机驱动端 / 电机推力端 /电流 /AFC100/（Nm3h 1）平衡腔压力 /MPa入口压力 /MPa出口压力 /MPa 1 ： 004245565811526 0000.370.3414 5 ： 004245565811526 0000.360.3714.1 9 ： 004245565811527 0000.360.3414 14 ： 004245565811525 5000.360.3513.9 17 ： 004245565811527 0000.360.3513.9 21 ： 004245565811527 0000.360.3514 22 ： 004245565811527 0000.360.3514 23 ： 00