煤化工用锅炉给水泵的故障分析范文

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【摘要】锅炉给水泵输送高温流体，运行容易出现故障。中天合创能源有限责任公司热电装置使用的给水泵出现超电流、汽蚀余量不达标及振动过大等现象，根据现场实际工艺要求进行整改，通过叶轮切割、更换诱导轮等一系列方法完成整改，故障得以排除，现场运行平稳，性能参数达到设计使用要求。

【关键词】锅炉给水泵；故障；振动；整改

一、前言

中天合创公司的大型煤化工是国家“十二五”新型煤化工示范项目，其热电装置5X490t/h的锅炉设置平台100%容量配备4台（5#、6#、7#、8#）锅炉定速给水泵，卧式9级双壳体式，配备三相异步电动机。

二、给水泵故障

该给水泵为9级双壳体离心泵，轴封采用机械密封，轴承润滑采用外供强制润滑；泵为中心线支撑，进出口均垂直向上，泵定子部分由吸入段、中段、排出段和导叶等组成，转子部分由诱导轮、叶轮、轴、机械密封、轴承和联轴器组件等组成，泵通过联轴器由电动机驱动，从电动机方向看为顺时针方向旋转。如图1所示。4台锅炉定速给水泵参数相同，互换性高，7#泵开车后发现效率和汽蚀余量没有达到用户要求，其余3台也出现了同样的问题：1）电动机超电流。2）泵汽蚀余量过高。3）在原速运转过程中振动偏大。

三、原因分析

针对出现超电流、汽蚀余量过高、振动偏大的故障进行原因分析。

1.电动机超电流现场测试流量达到403m3/h（即额定流量590m3/h的68.31%）、扬程1956m，电动机电流为264A（为额定值的100.4%），出现超电流现象。通过拆解分析，导致电动机超电流的主要原因如下。1）叶轮直径设计偏大，扬程偏离额定点太大，超10%，造成轴功率偏大，这是电动机超电流的原因之一。2）流体从泵进口流入，经叶轮、导叶，最后通过泵体流出的过程中，叶轮、导叶、泵体等铸造精度不高，流动阻力增大，损失增大，效率偏低，也会使电动机超电流。3）经两次试验判断筒体排出室面积偏小，有阻水现象，流体经过排出室时不能光滑过渡，不符合逐渐把动能转换为压力能的趋势。

2.汽蚀余量过高从汽蚀试验数据来看泵汽蚀余量为12.66~13.66m，从泵的性能曲线来看汽蚀余量在13m左右，而协议要求的泵汽蚀余量为7m，严重超标容易造成泵汽蚀，从而引起泵的振动甚至停泵。影响泵汽蚀余量的因素主要有三个方面，诱导轮、装置汽蚀余量和叶轮进口几何形状。故障存在的原因之一是诱导轮的设计未达到工艺要求，原有的诱导轮外径223mm，在流量649m3/h时，诱导轮扬程为4m，汽蚀余量高，诱导轮的设计不达标；首级叶轮进口几何形状也是影响汽蚀余量过高的原因，检查发现叶轮进口面积偏小，增大进口流速，泵的汽蚀余量偏高，汽蚀性能下降；装置汽蚀余量也是影响泵汽蚀余量的主要因素，增加进口压力，增大装置汽蚀余量，改善汽蚀性能。

3.振动偏大泵在运行过程中振动噪声明显，由于超电流致使泵不能在额定工况点下运行，流动不顺畅，产生流体激振力，引起泵的振动噪声；转子转动时不平衡，也会引起振动；泵的汽蚀余量偏大，容易发生汽蚀，伴随着强烈的水击而产生振动和噪声；工装坐架固定泵不牢固，电动机与泵中心高偏差过大，举架过高，也是造成泵在运转过程中振动偏高的原因。

三、处理对策

针对电动机超电流、汽蚀不达标和振动偏高等问题，进行更换诱导轮、叶轮切割等一系列整改。1.电动机超电流的故障处理（1）次级叶轮切割原4台泵在装置现场均出现超电流现象，其原因是扬程偏高，轴功率偏大。首先对7#泵次级叶轮进行计算切割量，根据GB3216—2005《回转动力泵水力性能试验》标准的规定，当叶轮平均出口直径的切削量不超过5%时可以应用切割相似换算定律进行切割，设计点流量649m3/h时，扬程为1933m，根据离心泵叶轮切割定律计算得出Dm=386mm，即水泵的叶轮由400mm切割至386mm，切割量为3.5%，小于5%，切割量符合国家GB3216标准中的要求。（2）筒体排出室切削筒体排出室的面积偏小。经计算得出给水泵末级导叶断面面积10×30mm×37mm=11100mm2，是出口面积的0.6倍。未切削前筒体断面面积为312mm×25mm=8025mm2，是出口面积的0.5倍，不符合流道渐变趋势，阻碍流动。切削后筒体面积为16050mm2，是出口面积的0.75倍，符合流道渐变趋势。经计算筒体内径由645mm加工到695mm，进行出口内孔边缘打磨圆滑过渡，并进行水压试验，泵体强度完全满足现场实际运行要求。（3）局部处理为了流体顺畅流动，对过流部件进行局部处理，对首级叶轮叶片进口边进行修尖处理，修正后叶片厚度2mm；对叶轮、导叶流道进行D级抛光处理。叶轮修整后与轴组装，重新做高速动平衡试验，按工艺要求平衡量≤10g，实际测量≈4g，满足工艺要求。2.汽蚀余量过高的故障处理给水泵技术协议要求汽蚀余量为7m，厂家实测为13.5m，需进行诱导轮更换和首级叶轮处理。（1）更换诱导轮经重新设计，诱导轮外径由f223mm增加到f225mm，更改后的诱导轮在设计流量649m3/h时，扬程为6~7m；增加给水泵首级叶轮入口压力2~3m，泵汽蚀余量在首级叶轮不变的情况下降低2~3m；即流量649m3/h时，汽蚀余量为9~10m。检验诱导轮外圆及首级叶轮盖盘入口内径粗车预留余量≥5mm、符合工艺要求。对诱导轮进行调质处理、淬火加回火；HBW值检验，标准值180~250HBW，实测值220HBW，符合制造厂热处理工艺要求。（2）调整首级叶轮如图4所示，首级叶轮进行调质处理、淬火加回火；首级叶轮直径不变，增大叶轮入口面积，入口直径由f223mm增至f235mm。入口面积增大后，流道过流面积趋势为进口部分凸起的曲线，符合汽蚀设计要求，加大入口直径后的汽蚀余量比更换诱导轮后减低3~4m，即流量649m3/h时，汽蚀余量为5~6m。3.振动偏大的故障处理根据GB29531—2013泵的振动测量与评价方法，该泵属于第Ⅲ类泵，试验测出的振动烈度为7.1mm/s，振动级别在C级，振动符合国家标准。为了减少泵的振动和噪声，提高运行的安全性和稳定性，对泵进行以下处理。1）通过修正后的转子部件动平衡试验可以有效降低泵的振动。2）汽蚀性能的提高有效降低泵的振动和噪声。3）用固定坐架安装固定给水泵；调整电动机与泵中心高的偏差。按照“做一次低负荷性能试验→一次拆卸解体→逐级拆卸叶片→回装（一次装配）→做2500kW全速试验→依据两次试验结果分析确定故障原因→排除故障→二次拆卸解体→叶片切削加工→转子部件动/静平衡试验→叶片逐级回装（二次装配）→整机性能试验→出厂”的方法步骤进行整改，如图5所示，整改后进行试验。4台泵整改后进行试验，依据GB3216—2005泵的性能应在2980r/min下进行；试验介质为常温清水（按GB3216—2005规定），泵机械密封冲洗水为自来水或工业水，开式试验台；进行运转试验、性能试验、振动测量和噪声测量，试验结果满足表1性能参数要求和现场使用要求。

四、结语

针对4台给水泵运行中出现的问题进行整改并试验，整改后的运行参数符合用户要求，振动和噪声明显减小，泵运行平稳，符合国家标准和用户使用要求。1）通过切割叶轮和扩大筒体内径，并进行一系列的精密加工和试验，整改后的扬程、效率等参数达标，电动机不过载。2）通过更换诱导轮和调整首级叶轮进口尺寸，汽蚀余量达6m，现场运行表明符合参数要求。3）整改后进行转子部件动平衡试验，现场安装位置牢固到位，消除引起振动的因素。

参考文献

[1]全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业泵选用手册[M].2版.北京：化学工业出版社，2011.

[2]关醒凡.现代泵理论与设计[M].北京：中国宇航出版社，2011.

作者：何立根 单位：中天合创能源有限责任化工分公司