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煤化工用锅炉给水泵的故障分析及处理
更新时间 2020-07-01     已被浏览: 12409

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产品描述

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。

 

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5×490t/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,参数见表1。

 

 

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。

 

 

 图1给水泵结构

 1.轴承部件 2.联轴器部件 3.轴 4.抽头中段 5.吐出冷却室 6.推力轴承 7.泵盖部件 8.末段导叶部件 9.末级中段 10.中段 11.导叶 12进水段 13.筒体部件 14.吸入函体

 

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。

 

四、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D=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,见表2。

 

表2容差系数数值

 

对每台泵的8个次级叶轮进行切割,5#,6#由400mm切割到390mm;根据现场运行报告7#、8#泵的流量与协议流量有13~16m3/h的差异,7#、8#由400mm切割到386mm。首级叶轮不切割。

 

(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。

 

 

图2 高速动平衡试验

 

叶轮修整与轴组装,重新做高速动平衡试验(见图2),按工艺要求平衡量≤10g,实际测最约为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223mm增加到225mm,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人入口压力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。

 

 

图3 诱导轮

 

检验诱导轮外圆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,如图3所示。

 

 

 

 

图4 首级叶轮精加工

 

(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223mm增至235mm。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—>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。

 

图5 整改后的给水泵

 

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。

 

五、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会.工业泵选用手册【M】.2版.北京:化学1: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.

 

 

 

 

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