文/沈阳鼓风机集团股份有限公司 李玉红 郝玉明 周新宇 贾莹

1 问题描述

1.1 定义技术系统实现的功能

问题所在的技术系统：乙烯装置用急冷油泵。

该技术系统的功能为：保障急冷油泵的稳定性运行。

实现该功能的约束有：装置运行工况和性能不变的情况下调整模型设计、结构形式等方式保证其运行的稳定性。

1.2 问题的背景

急冷油泵是乙烯装置中的核心设备，运行不稳定制约了急冷油泵的运行指标，对客户造成了不良影响，影响了乙烯装置用泵市场的占有率，而我国乙烯工业装备的技术水平和生产能力相对较低，运行极其不稳定，要提高乙烯产能，必须找到并解决对应问题，保障国家经济安全不会受制于人，提高我国石化装备的技术水平，促进我国石化行业在国际竞争中的发展壮大。

因此，解决急冷油泵的稳定性运行迫在眉睫！

1.3 当前技术系统存在的问题

1）急冷油泵的作用: 将急冷油塔塔釜的急冷油采出并送往三个方向，其一是直接到乙烷炉的废热锅炉出口急冷器，给乙烷炉的裂解气降温；其二是经稀释蒸汽发生器回收热量后，去乙烯炉的废热锅炉出口急冷器，对乙烯炉的裂解气进一步冷却；其三是经稀释蒸汽发生器回收热量后，返回急冷油塔塔釜。

2）存在的问题：急冷油具有黏稠、含杂质和常温冷凝特性，杂质颗粒最大10mm。正是由于介质这样特点，造成关键部件磨损严重，泄露频繁，振动大，噪声大，运行及其不稳定。

2 问题分析

2.1 系统功能分析

图1为系统的功能图，列出了系统各组件及相互作用。

图1 系统功能模型图

2.2 因果分析

图2为因果分析图，根据因果分析方法分析出产品问题的原因。

图2 因果分析图

图4 隔舌形状

3 问题分析

3.1 技术矛盾

3.1.1 根据因果分析方法，发现环形腔面积过小。

技术矛盾1：改善的参数：降低流速。

恶化的参数：增加了环形腔破坏的风险。

发明原理：通过查找因果分析链，得到四条发明原理——9、15、17、24。

运用20号原理“有效作用的连续性原理”，采用B方案，保证液体运行的连续性，见图3。

3.1.2 根据因果分析，发现隔舌形状不合理，隔舌处产生旋涡。

技术矛盾1：改善的参数：降低流速，减少振动。

恶化的参数：增加了铸造的风险。

发明原理：通过查找新的矛盾矩阵表，得到四条发明原理——5、6、11、20

运用5号原理“组合原理”，进行方案对比，采取最优组合，改变对应水力结构，消除隔舌引起的振动，见图4。

3.1.3 根据因果分析，发现叶轮入口冲角较大。

技术矛盾1：改善的参数：降低流速，减少噪音。

恶化的参数：增加了性能变化的风险。

发明原理：通过查找新的矛盾矩阵表，得到四条发明原理——11、12、15、19

图5 叶轮入口冲角

图6 打磨新型工具

运用12号原理“等势原理”，进行方案对比，采取最优组合，改变叶轮入口的形状，见图5。

3.1.4 根据因果分析，发现表面光洁度不达标。

技术矛盾1：改善的参数：增加效率，减少振动。

恶化的参数：加工难度。

发明原理：得到四条发明原理——1、32、35、23

运用1号原理“分割原理”，进行方案对比，增加精磨工序。

运用35号原理“物理和化学参数改变原理”，运用新型材料。

打磨主要分为机械打磨和特殊磨料流抛光处理两道工序。粗加工后，用风动工具和钳工工具对叶轮流道进行打磨，打磨完成后，再采用磨料流技术对叶轮流道进行再处理，提升光洁度等级，见图6。

3.2 物理矛盾分析

3.2.1 问题入手点介质在动、静环处形成堆积，为了减少介质在动静处堆积引起的磨损，不影响泵性能的情况下，在口环间隙处设置了外冲洗，但是为了结构稳定又需要保证对称性，采用条件分离对应的发明原理24“借助中介物原理”设置了外冲洗，改善了堆积的现象，见表7和图8。

图8 冲洗孔布置图

3.2.2 通过物理矛盾分析，材料耐磨性匹配，运用40号原理“复合材料原理”更改了口环材质，保证叶轮口环和壳体口环材料匹配。

3.3 物场分析

通过功能分析，得到物场模型如图所示，得到了技术方案为9和10，提高了泵体载荷受力的均匀性和内部介质流动不稳定性。

图9 物场分析图

4 方案评估

综合考虑各种因素，对比方案评价表，在以下10种方案中优选了7种方案，又结合企业自身条件，选用的最终解决方案见图10，得到最终方案并按方案进行修整解决了问题。现经过用户现场运行表明该泵运行平稳，主要技术指标满足研发合同要求，达到了国际同类产品先进水平。

图10 方案评估表

5 取得成果和效益

此方法的研制成功大大提高了泵运行的稳定性，缩短了更换周期，提高了用户的信誉度，提高了我国乙烯工业装备的技术水平和生产能力，为对应产品的应用提供了保障，已申请发明专利一项，现已公布《乙烯装置用急冷油泵》。推广应用的相关专利有《乙烯装置用急冷水泵》《烃循环泵和烷基化装置》。