轴流泵运行异常情况分析

轴流泵运行异常情况分析

岳文友

中沙（天津）石化有限公司  天津市  300271

摘要：轴流泵在初次开车试运行时，振动较大，并且伴有较大杂音，通过振动监测和理论分析，找到了振动的原因，并制定开工运行的工艺条件。

关键词：轴流泵  汽蚀  振动分析

1、基本情况

反应器轴流泵是美国LAWRENCE产品，该泵安装在管径为700毫米环管反应器上，安装示意图见图1。

   图1 高密度聚乙烯反应器循环泵结构示意图

该泵为环管反应器循环提供动力，使反应器内部浆料高速循环，催化剂体系分布均匀，从而保证反应器系统的充分反应，聚合反应操作连续稳定运行和控制。该泵为装置关键设备，一旦出现运行故障，反应将被终止，整个装置将停止运行，由此可以看出，轴流泵的重要性堪称是装置的心脏。

环管反应器介质：PE+C2=+C4=＋iC40 ；泵额定参数：功率600KW，转速1485r/min，效率71%，流量10400m3/h，扬程19.7m；介质操作温度：103℃；泵入口压力：4.0MPa；电机额定参数：电流48A，电压6000v；泵允许的最小流量：6150m3/h。

2、轴流泵初次运行状况

2009年12月16日对第二反应器轴流泵P-3002进行安装完成后的初次试运，当时反应器内试运条件是：介质全部为异丁烷，介质温度为25℃，压力2.0MPa。

启动轴流泵后，泵运行声音良好，未有异常声响。对该泵运行起动后的振动情况进行了监测,其情况见图2，其中一倍工作频率振动速度为0.21mm/s，4倍工作频率振动速度为0.59mm/s，泵运行良好。启动泵运行约2分钟后振动情况见图3，此时泵振动频谱图分布发生了较大的变化，出现了750~1000赫兹的高频连续成分。尽管监测泵体振动数值不是很大，但泵体内出现了不规则的类似叶轮与泵体接触摩擦而产生的异常较大响声，随着时间的推移，声响状况更加恶化（见图4和5），紧急停泵。

图2   泵运行初始振动情况记录

图3  泵运行约2分钟后的振动检测记录

图4  泵运行约2：27后的振动检测记录

图5  泵运行约2：49后的振动检测记录

3、运行异常情况的分析

3.1、振动监测图谱分析

从图2~5泵启动过程振动速度图谱监测数据来看，泵处于不正常的工作状况，我们将泵体振动速度频谱变化情况进行汇总，结果见表一。

表一、泵体振动速度频谱变化情况    单位：mm/s

从上表可以看出，转子振动一倍频数值变化较小，排除转子平衡、泵轴弯曲和转子摩擦等问题。从图2到图3频谱图来看，二倍频和三倍频变化较大，但图4和图5数值反而变小，明显不是引起泵异常振动和声响的根源。从图2~5来看，750~1000Hz振动数值存在持续增加的情况，且存在一族高频振动问题，此振动频率段的振速持续增加与泵运行异响形成呼应，与泵汽蚀振动频率为600~2500Hz基本吻合【1】。我们认为该泵叶轮处介质可能发生了汽蚀问题，转子4叶片受汽蚀影响，其4倍频振动速度也有一定的增加。

3.2、从工艺上进行原因分析

一方面，该轴流泵初次运行的介质为异丁烷，在压力为2.0MPa时的饱和温度为101℃，因此泵不存在叶片入口汽蚀问题。异丁烷的粘度在液体状态下，随温度的下降而增加，也就是说，由于温度的降低，导致了异丁烷的粘度增加，从而增大了环管反应器内部流动阻力损失，以至于轴流泵提供的扬程不能克服环管反应器内部阻力，造成该泵启动后提供的扬程不能保证泵最低流量，甚至没有流量的情况发生。电机传递给泵的轴功率大部分用来加热了介质，使介质温度瞬间大幅上升，完全有可能在短时间内达到101℃，造成泵叶片附近部分介质汽化和冷凝形成水击，由此产生泵激烈的异响和振动。

另一方面，环管反应器顶部水平管部分如果存在不凝气体，形成气阻，也将导致泵启动后提供的扬程不能保证泵最低流量产生激烈的异响和振动。

4、解决措施

首先对环管反应器顶部水平管部分进行排气检查，未发现内部有气体存在。其次将反应器介质温度由25℃提高至50℃，再次启动轴流泵，泵运行正常。

由此可以看出，环管反应器内部介质温度过低是造成泵异常运行的主要原因。        

轴流泵初次启动时，环管反应器内部介质为纯异丁烷，当正常运行时，内部是含有聚乙烯颗粒的浆料。要避免轴流泵汽蚀，就是要减小反应器内部阻力损失，因此我们建议工艺方面制定如下规定：

1、提高介质的温度，温度对于介质的密度和粘度影响较大，所以在启动轴流泵时，环管反应器内部温度必须控制在55℃以上。

2、提高介质的压力，虽然压力对于异丁烷的密度和粘度影响较小，但是压力太低容易导致介质汽化，所以启泵时，环管反应器内部压力控制在2.0MPa以上。

3、反应器顶部水平管高点要充分排气，保持反应器内物料的均匀一致性。

5、结束语

通过以上分析，我们了解了轴流泵振动异常的原因为汽蚀造成。泵的汽蚀危害十分严重，能在很短的时间内造成泵损坏和失效，设备在运行过程中是绝对禁止出现的情况，因此上述制定的工艺操作条件必须严格执行，保证生产的平稳运行，避免造成巨大的生产损失。

作者简介：

岳文友（1982-04）工程师 主要从事设备管理方面的工作 联系电话：63806217

参考文献

【1】 沈阳水泵研究所.叶片泵设计手册 北京：机械工业出版社，1983.69