孔繁强　王建军（兰州石化设备维修公司　兰州）

延迟焦化多级离心切焦水泵故障分析

孔繁强王建军
（兰州石化设备维修公司兰州）

延迟焦化装置中的切焦高压水泵是装置水力除焦工艺部分的关键机泵，自装置工艺改革后，转子出现腐蚀严重现象，这与该泵介质酸值升高、含有大量焦粉密切相关。

高压水泵转子腐蚀介质酸值

一、设备概述

某延迟焦化装置中的切焦高压水泵是其水力除焦工艺的关键机泵，主要为水力除焦工艺提供压力12～30 MPa的高压水。泵系浙江科尔泵业股份有限公司生产，型号TDQG 275-295× 10，属卧式、筒型多级离心泵。

二、典型故障描述

2013年10月起，该泵DCS控制系统中显示其轴位移值一直维持在390 μm上下浮动，接近其报警值400 μm，轴瓦温度也一直徘徊在65℃（报警值75℃）。2013年11月17日，该泵轴瓦温度与振动值均达到联锁值，引发该泵组联锁停机，18日拆检时发现该泵已无法盘车。轴承箱拆解后发现，该泵主推力瓦烧毁（图1），转子解体后，其第九级、第十级叶轮与隔板间存在异物，第九级叶轮磨毁（图2），第十级叶轮间半圆箍环脱出。主轴表面点蚀严重（图3），首级叶轮被腐蚀穿孔（图4）。

图1　主推力瓦烧毁

图2　磨毁叶轮

图3　泵轴着色探伤图片

图4　首级叶轮腐蚀部位

将泵解体检查，发现转子腐蚀严重导致叶轮间半圆箍环脱出，并卡在叶轮与隔板之间，引发转子振动，瓦温升高，最终直接导致本次停车故障的发生。

三、原因分析

1.转子腐蚀原因分析

延迟焦化装置自2013年工艺改造后，切焦塔所用切焦水改为工艺循环水。工艺循环水中含有大量H+离子，导致切焦水pH值较低。pH值对叶轮金属腐蚀的影响包括2个方面，一是钢铁会在酸性的水中发生析氢反应，

化学方程式：负极Fe-2e-=Fe2+，正极2H++2e-=H2↑。当pH值较低时，直接影响正极反应过程，氢离子的还原过程变得比较容易，Fe原子失电子变得更加容易，从而加快了腐蚀速度。二是pH值的改变会使金属腐蚀产物的溶解度发生改变，低的pH有利于氢去极化（即氢离子的正极反应）和金属表面氧化膜的溶解，泵转子所采用的材料为不锈钢2Cr13及3Cr13，该类材料可以选择性氧化Cr3+离子，使工件表面形成致密的Cr2O3保护性薄膜。这种保护性氧化膜具有良好的自愈性（即合金中含有的足够量的铬以形成基本上由Cr2O3组成的表皮，以便当表面致密的薄膜破损时有足够数目的铬（Cr3+）阳离子重新形成薄膜）可使这类材料能够工作时不失去抗氧化性，化学方程式：2Cr3++6OH-→Cr2O3+3H2O。

如果铬的比例低于完全保护所需要的比例，铬就溶解在铁表面形成的氧化物中而无法形成有效保护膜。根据离子守恒定律，溶液中阳离子所带的正电荷总数与阴离子所带的负电荷总数相等，而大量的H+则抑制了Cr3+离子的形成，使不锈钢表面形成Cr2O3保护膜的自愈性降低，从而加速了泵转子腐蚀。

其次是大量的H+离子构成了电解质溶液，使泵转子有了异种金属腐蚀在电解质溶液中发生电化学腐蚀的条件。如果两种金属互相接触，则电位低的金属比较活泼，会形成了腐蚀电流的阳极，加速自身的腐蚀；而电位较高的金属就会成为阴极，受到保护。转子各部位表面的化学组成不同，金相结构不均一，例如叶轮材料为2Cr13，泵轴材料为3Cr13，这类材料中含有的渗碳体Fe3C与Cr的电位往往高于铁素体本身，会构成微电池的阴极，促使转子表面金属发生微电池腐蚀或微观电偶，形成腐蚀来源。

与此同时，切焦水中在转子输送介质与叶轮表面相对运动时会产生一种湍流腐蚀，这种湍流既加快了腐蚀剂的供应量，又附加了一个流动介质对叶轮表面的切应力，使腐蚀产物一旦形成就被剥离并被冲走，而切焦水中含有的大量焦粉则加剧了这一现象，加速了转子腐蚀。

综上所述，高压水泵因介质酸值高，含焦粉等杂质多，在长期运行过程中转子受到湍流腐蚀、电化学腐蚀、电偶腐蚀等多种腐蚀因素影响，导致腐蚀严重。

2.转子腐蚀带来的进一步影响

高压水泵所采用的轴向力平衡结构为平衡盘加平衡鼓结构（图5），平衡鼓外圆与节流衬套内孔形成一个很小的径向间隙，该间隙将平衡机构分成前后两个腔，其前面是末级叶轮后的泵腔，是高压区，后面是介质压力较低的平衡腔，是低压区。因此在平衡鼓上的前后端面形成压差，从而产生指向低压区的平衡力。平衡盘一侧的压力为末级叶轮的压力经过平衡鼓径向间隙减压后的较高的压力区，平衡盘另一侧的压力为平衡腔内较低的压力，因此在平衡盘的两个端面上形成压差，从而产生指向低压区的平衡力，该平衡力方向与转子轴向力的方向刚好相反，用来平衡作用在转子上的轴向力。平衡盘轴向间隙是随转子的轴向移动而变化的。当末级叶轮出口压力随负荷的变化而增大时，转子的轴向力也随之增大，这时平衡盘随转子向泵入口端移动，其轴向间隙相应变小，平衡盘鼓前后压差增大，平衡力增大，直至轴向力与平衡力再次平衡，转子重新找到平衡点。

转子的腐蚀会加快平衡盘的轴向腐蚀，造成平衡盘与平衡环之间的间隙增大，这就相当于既增大了转子窜量，而其径向腐蚀则削弱了平衡盘鼓与节流衬套之间的节流降压能力，最终导致平衡盘前后压差减小，平衡力下降，转子向泵入口端移动。

另一方面由于高压水泵平衡盘鼓外圆表面的迷宫密封沟槽易被焦粉填充，迷宫密封主要是通过水力磨阻效应、流束收缩效应，来实现节流降压的目的。流体沿流道的沿程摩擦和局部磨阻构成了磨阻效应，前者与通道的长度和截面形状有关，后者与迷宫的弯曲数和几何形状有关。一般是：当流道长、拐弯急、齿顶尖时，阻力大，压差损失显著，泄漏量减小。而焦粉堵塞迷宫沟槽后，齿顶尖变凸，液体拐弯变缓，整个迷宫密封效能减弱，最终影响了平衡机构的平衡能力。

图5　盘鼓结构示意图

四、结论

延迟焦化装置高压水泵介质中含大量H+离子，酸值高，且固体颗粒多，长期运行后，转子发生电化学腐蚀，磨损腐蚀等多种腐蚀现象，导致平衡盘鼓在长期工作后，轴向与径向尺寸减小，增大了转子窜量，平衡盘前后压差减小，且平衡盘鼓外圆表面的迷宫密封沟槽因焦粉阻塞，导致节流降压效果变差，最终导致转子平衡力降低，转子向入口端偏移。

〔编辑利文〕

TH17

B