储槽液氧泵反转故障原因分析与处理

李东彬，郭勇（湖南华菱涟源钢铁有限公司能源中心，湖南娄底　417009）



储槽液氧泵反转故障原因分析与处理

李东彬，郭勇
（湖南华菱涟源钢铁有限公司能源中心，湖南娄底417009）

【摘要】介绍涟钢液体储槽的液氧泵在停泵时发生反转问题，分析了引起泵体反转的原因，阐述了针对此次问题采取的处理和预防措施。

【关键词】液氧泵；反转；止回阀；电机

1　引言

湖南华菱涟源钢铁股份有限公司能源中心制氧车间的2000 m3液氧储槽配有一套液氧汽化输送系统。该系统在氧气管网压力低时启动，将液氧通过变频液氧泵增压、水浴式汽化器汽化后送入管网补气，液氧泵为Vanzetti的SGM185型，排气压力设计3.0 MPa，流量30000 m3/h。主要组成有电机、齿轮箱、泵体。电机转速2955 r/min、泵的转速6910 r/min。

液体泵在投产调试过程中发生严重的反转故障，造成了泵体机械密封磨损，电机平衡块脱落造成电机线圈轻度磨损，本文介绍反转故障现象、原因分析以及处理措施。

2　故障现象

制氧机组投产后液氧储槽液体达到600 m3后组织对液氧泵进行调试。首次试泵请来液体泵厂家技术人员指导调试，通过全开泵的进口阀，泵后排气阀以及泵后回流阀对液氧泵进行充分预冷，预冷过程中随时对泵进行盘车确保轴承不冻住，直至回流管道及出口排气阀有连续液体排出后确认预冷完毕，开始启动液体泵升压。根据要求将启动频率调到80%后远程开启液氧泵，观察泵后压力表压力升高后，逐渐关小回流阀当压力达到2.7 MPa后逐渐打开进水浴式汽化器的进液阀，液氧进入汽化器汽化并向外输送，当泵在设计压力附近运行约5 min左右时发现进汽化器的进液阀和逆止阀端盖法兰有少量喷液现象，下达指令要操作人员停泵，在操作人员回复已停泵后却感觉电机并未停止，发出较大的嗡嗡响声并伴有金属摩擦的声音，现场人员随即意识到液体泵发生异常，根据情况判断是停泵后发生了反转，立即关闭泵的进、出口阀，开回流阀，此反转过程发生约10 s的时间。

现场人员初步判定为泵的出口逆止阀失效造成了高压液体和气体在停泵后倒流冲击液氧泵致使叶轮发生反转，经决定由维修人员对逆止阀阀芯进行检查，发现阀芯密封面损坏，该逆止阀阀芯材质为铝合金，可能存在重量偏轻致使止回效果滞后；起初现场人员认为短时间的反转不会对泵体本身造成较大影响，在处理完逆止阀和截止阀阀芯密封面漏液问题后准备再次预冷试泵，在预冷过程中手动对泵进行盘车发现泵无法转动，起初以为是轴承预冷时冻住，但采用低频率启动电机也无法运行，于是决定排液复热至常温解冻后发现盘车仍无法转动，确定泵轴已抱死损坏，经拆机检查发现泵的叶轮密封磨损严重，同时电机的平衡块断裂，电机线圈轻微磨损。

3　原因分析

此次引起液体泵反转及损坏主要原因分析如下：

（1）出口真空止回阀328DH100质量存在问题，阀芯密封垫损坏以及阀芯使用铝材重量过轻不能起到快速阻止高压的液体和气体倒流作用，致使在停泵后水浴式汽化器内的高压液、气倒流冲击叶轮形成反转。

（2）高压气、液体在逆止阀失效情况下引起的反转致使叶轮机械密封受力方向改变，造成机械密封磨损。按液氧泵出口2.7 MPa压力，进口压力0.1 MPa，电机停止后的反转可视为液氧泵作为透平膨胀机的高速运转，厂家测算其电机转速可能达到了8000 r/min，液氧泵叶轮转速达到20000 r/min，瞬时转速超出电机及叶轮的设计转速，电机与叶轮是通过变速齿轮箱连接，高速反转时会引起齿轮面接触时剧烈冲击引起泵、电机轴的振动大幅增加，从而使电机平衡块断裂，叶轮机械密封严重磨损。

（3）在发现逆止阀和截止阀压盖喷液时立即告知操作人员停泵，而未意识到要先采取降频降压后再停泵的操作，以减少系统压力降低危害。

（4）液体泵出口管道设计存在一定不足，止回阀位置距泵的出口位置偏远，泵出口至止回阀段管道也会产生一定余压，增加了泵的反转可能。

4　处理措施

（1）液氧泵损坏主要由止回阀失效引起，由液体泵厂家负责修复液体泵，修复费用由安装公司承担，电机由机制公司修复。

（2）液体泵的出口至汽化器段管道由四川空分进行改造，更换为328DJ100不锈钢低温止回阀，同时改进工艺管道相应的布置，将止回阀安装在距泵出口1.5 m以内，确保安全合理。

（3）规范操作规程，要求停泵时先降频降压，并要有操作人员现场确认泵的情况，确保液氧泵的安全开停。

液氧泵修复安装完成，液体管道的改造完成，对管道系统脱脂、耐压试验和射线检测等要求合格后，再次组织对液氧泵进行调试，调试过程运行正常。在以后的停泵过程中也未发生反转问题。

5　结束语

涟钢有一台ACD的液氧泵在停泵过程中也发生过反转，但由于该泵排气压力略低为1.8 MPa，泵和电机单轴连接不需要齿轮增速，以及倒流气液量较少等原因反转时未对泵的叶轮密封造成严重磨损，究其反转的原因同样是止回阀失效，但失效原因又有不同，此逆止阀失效的原因为阀芯处常温时存在积水，泵预冷时产生结冰的现象，致使停泵时阀芯无法正常下落并关严。至于水的来源问题，起初认为是在停泵后复热过程中吸入冷空气至止回阀处形成积水，当时恢复后试泵运行正常未发生反转。此后再次开停时注意及时关闭排液阀但仍发生了反转，最后检查拆开进水浴式汽化器的进液法兰，发现管道内有极少量的水分。后查明原因为水浴式汽化器内的不锈钢盘管与进液总管连接焊缝在运行过程中长时间的振动引起焊缝处裂纹，停泵后水浴式汽化器内的极少量的水沿焊缝裂纹渗入到液氧管道中，向较低的止回阀管道处流动积聚在止回阀的阀芯周围，在下次开泵预冷时便在止回阀阀杆及密封面处产生结霜结冰而关闭不严造成反转。有时操作人员习惯远程停泵而未派人到现场停泵，易导致不能及时发现反转问题，这也是在操作过程中要注意的一点。

收到修改稿日期：2015－07－13

Analysis and Treatment of Reverse Rotation of Liquid Oxygen Pump for Storage Tank

LI Dongbin，GUO Yong
(The Energy Center of Lianyuan Iron and steel Co., Ltd., Loudi, Hunan 417009, China)

【Abstract】Reverse rotation of the liquid oxygen pump in the liquid storage tank at Lianyuan Steel happened at pump stopping. Causes of the reverse rotation fault are analyzed and treatment and preventive measures for the problem are also presented.

【Keywords】liquid oxygen pump; reverse rotation; check valve; electric motor

作者简介：李东彬（1981－），男，2004年毕业于辽宁科技大学热能与动力工程专业，助理工程师，现从事制氧专业技术工作。

收稿日期：2015－03－27

【中图分类号】TQ051.5

【文献标识码】B

【文章编号】1006-6764(2015)10-0032-02