焦化分馏塔顶循回流泵振动问题处理

陈智春

大庆石化公司炼油厂 黑龙江 大庆 163711

摘要 ：本文根据焦化装置分馏塔顶循回流泵出现的振动问题，通过对振动频谱、运行工艺、设备结构三方面进行分析，提出了对泵的结构进行改造，投入运行后使设备问题得到了解决。

关键词：汽蚀 振动 频谱 轴承 悬臂比 

Treatment of Vibration Problem of Backflow Pump on Top of CokingFractionator

Chen Zhichun

Daqing Petrochemical Company Refinery ，Heilongjiang Daqing 163711

Abstract：According to the vibration problem of the recirculating pump on the top of the fractionator of the coking unit，this paper analyses the vibration frequency spectrum，operation technology and equipment structure，and puts forward that the structure of the pump should be reformed. After putting into operation，the equipment problem has been solved.

Keywords：Cavitation；vibration；spectrum；Bearing；cantilever ratio 

1 概述

炼油厂焦化装置分馏塔顶循回流泵的主要作用是进行热量回收及利用，同时可减小塔顶汽液负荷，提高产品质量，保证工艺生产进行连续产出。顶循回流泵的主要参数如下：操作介质：汽油操作温度：139℃介质密度：666kg/m3流量：355.5 m3/h扬程：90m电机功率：110kW设备型号：250AYS80NPSHr（泵汽蚀余量）：4.8m该泵在2008年投入运行以来，运行振值一直不稳定，期间进行过多次维修：更换泵转子，进行动平衡校验，精确复核泵与电机的同轴度，检查泵地脚支撑及松动情况，但这些措施在实施以后，泵的运行状态并没有明显的好转。在运行过程中，顶循回流泵振动值达到10.43mm/s，根据JB/T8097—1999《泵的振动测量与评价方法》，已严重超出标准规定的范围，设备在运行过程中存在风险，所以有必要对该泵振动问题进行详细的分析和处理。根据公式1可以计算出该泵的有效汽蚀余量，该泵的hg、hc为固定值，NPSHr的值在不换泵的条件下也固定不变，实际变化参数为PC和PV。操作时的压力和温度是影响这两个参数的主要因素，焦化装置两台焦炭塔每天要进行换塔的操作，期间的油气量存在一定的波动，压力与温度也会产生变化，造成NPSHa改变，泵存在汽蚀的可能，所以这是影响设备振动的因素之一[1]。因此，在操作时尽量避免波动，严格控制温度和压力，才能保证设备的运行。2.2 频谱分析

通过采用MPV200数采仪采集泵各点的频谱，由数据分析可知，在3V点和3H点振值较高，振值分别达到了10.43mm/s和6.66mm/s。而电机的最高振值均没有超过2.0mm/s，从而排除了电机造成振值升高的因素。通过在各个测振点不同方向采集的频谱可以发现，每个点的一倍频和二倍频并没有明显区别，排除由于转子不平衡和轴不对中造成振动的因素[2]。3V点频谱振值高点C1采集的振动频率均是247.5Hz，该泵转速为2950r/min，f= 49.16Hz，振动频率=247.5/49.16≈5。而该泵叶轮为四流道结构，所以排除了叶轮叶片与流体激振引起的共振。3H点频谱振值高点也是5倍频，振幅并不高，在0~500Hz频段较杂乱，没有较明显的周期分量。在2000~2500Hz全频段频谱线底部都有不同程度抬高，为一个连续的频率带没有特别明显的频率成分突变，可以分析出该泵存在轻微的汽蚀问题。2 振动原因分析2.1 吸入状态分析

泵的吸入状态不好，也可以引起泵的振动。操作介质为汽油，较干净，确认泵入口的过滤网无堵塞问题，影响泵的吸入状态的因素就是装置汽蚀余量和泵汽蚀余量二者之间的关系。通常情况下要求NPSHa-NPSHr>0.6m，查阅泵的随机资料可知，该泵在正常操作参数下的NPSHa（装置汽蚀余量）为5.5m，NPSHr为4.8m，差值为0.7m，满足要求。对NPSHa的设计值进行一次分析，有效汽蚀余量计算公示通常如下：2.3 运行工艺分析

1）根据顶循系统的工艺特点，焦炭塔每天需要更换一次，在换塔过程中，分馏塔顶温度会受到一定的冲击，温度的变化使顶循泵抽出的组分产生变化。2）由于炼油厂地处北方，低温水-顶循换热量很大，因为冬夏温差很大，导致顶循环量在这两个季节的差别较大，顶循泵的负荷也随之发生变化。3）工艺上经常需要调整循环量以控制分馏塔塔顶温度，顶循泵的负荷也发生了变化。分析后发现换塔NPSHa=PcP±hg−hc−vρgρg   （1）（下转第14页）

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工业、生产为-1.5，℃；tb—伴热线介质温度取大值平均温度，自B公司出来的热水温度为90℃，本项目伴热起点热水温度取80℃，终点取20℃，平均温度=(80+20)/2=50℃；a-隔热层外表面向大气的放热系数，a=22.9W/(m2·K)；λ—保温材料导热系数，λ=0.04146W/(m·K)；2019年第9期热水量Wb≈2222kg/h 最终B公司选用的热水泵流量为Q=2.5m3/h。4 节能效果分析

每年伴热时间按10月15日至来年3月15日共151天考虑，节能计算用平均环境温度按5℃考虑。改造前每年需0.8MPa饱和蒸汽约3185t/a，按蒸汽价格为260元/吨（含税价）计算，每年运行费用约82.81万元/年；改造后每年需90℃热水约9060t/a，热水热能根据业主要求不计算成本，按5%计算水损耗，损耗单价按循环水单价考虑为0.4元/t；每年需用电5653.44kW·h，按电价为0.68元/度（含税价）计；每年运行费用约为0.76万元/年；投资后每年节约运营费用约82.05万元/年。 根据热力学第一定律：参考文献

[1] 单晓敬. 火电厂脱硝系统改造工程方案研究与设计[J]. 当代化工研究，2017(04). 136-139.

（上接第9页）

时对顶循泵会产生一定的冲击，使得顶循经常处于变载荷状态下工作。因此，顶循泵长期疲劳载荷运行，轴承易受磨损，加大了泵的振动。解决了前轴承不能承受轴向力的问题[4]。3.2 降低悬臂比

对轴承箱结构进行改造，因为泵的径向方向不能增大，只能考虑在轴向进行改造，降低泵的悬臂比。根据泵的轴承箱尺寸，在前轴承箱压盖不接触联轴器对轮的前提下，前轴承整体可向联轴器侧延长35mm，后轴承侧压盖在不影响机械密封检修的前提下，后轴承可整体向叶轮侧移动20mm，这样两轴承间距增加55mm，后轴承距离叶轮的距离缩短20mm，悬臂比缩小为1.28＜1.48，大大增加了泵的稳定性。2.4 设备结构分析

该泵属于Y型顶进顶出的悬臂式的单级双吸结构，泵后轴承为深沟球轴承，前轴承为背靠背的角接触球轴承。分析采集的振动数据，该泵在垂直振动方向上超标。可能有以下2个原因：第一，轴承承载能力不足。后轴承采用的深沟球轴承的极限转速较高，轴向负荷承受能力相对较大，径向负荷承受能力相对较小，所以这是造成垂直方向上振动偏大的原因之一[3]。第二，轴承箱的承载能力不足。查阅泵的结构尺寸，发现泵的轴承箱结构对离心泵叶轮的约束力不够，泵的两轴承间的间距为220mm，前轴承距叶轮的距离为372mm。该泵的悬臂比为372/220=1.69，参考IS水泵的悬臂比应小于1.48，可见该泵的悬臂比明显偏大，对叶轮的约束能力偏小，运行时的叶轮向外的离心力变大，叶轮运转时的振动加剧[6]。3.3 增加新型支腿

在轴承箱靠近联轴器侧增加一个刚性支撑，因为丁字支腿的只能在垂直方向起作用，因而专门设计一个马鞍形支腿，与轴承箱采用Ω型连接，用M10顶丝固定，下部两条支腿与泵的水平台板接触支撑，用M10顶丝顶住，也能在高度方向上进行调整[5]。4 改造实施与效果

根据以上的改造思路，兼顾改造的成本，要尽可能减少变动。泵的轴承箱、泵轴、和泵盖需要进行改造，而机械密封、泵体、叶轮、联轴器都不用变动。改造完成后进行了试车，发现机泵各点振值很小，最大振值为2.8mm/s，满足JB/T8097-1999标准的要求。通过以上措施的实施，彻底解决分馏塔顶循回流泵振动大的问题，保证了装置正常的生产运行，同时也对同类型泵的振动问题提供了经验。3 振动问题的处理

因焦化装置工艺固有的换塔操作的特点，工艺上已经没有了调整的余地，通过上述分析，为解决泵振动大的问题，可以考虑在设备结构上进行优化改造，降低泵的振动，具体措施如下：3.1 轴承型式更换

为解决泵的垂直方向振动问题，将泵的后轴承更换为圆柱滚子轴承，该轴承使用极限转速没有深沟球轴承高，基本不能承受轴向负荷，但径向负荷承受能力相对较大。因为该泵不属于重载泵，虽然圆柱滚子轴承承受轴向载荷的能力偏弱，但是泵的前轴承仍采用背靠背的角接触球轴承，可以承受较大的轴向力，参考文献

[1] 沈庆根，郑水英.设备故障诊断[M].北京：化学工业出版社，2005:11.

[2] API610-2004第10版.石油、重化学和天然气工业用离心泵

[3] 邵东波，蔚尚希，魏伟.尿素装置吸收塔底部给料泵振值高原因分析[J].大氮肥，2010，33(2)：142-144.

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