桶袋泵作为有毒介质和液化气输送泵，较传统多级泵具有更好的密封性能，现广泛使用。而立式袋泵也广泛用于罐区介质输送，具有占地面积小，保温部位少等优点。但在使用过程中，容易发生机封泄漏和轴瓦磨损等故障。本文将介绍针对该故障的分析及改进方法。

宁波富德能源有限公司位于宁波石化经济技术开发区。公司总投资约为60亿元，建有规模为180万吨/年甲醇制烯烃装置（含烯烃分离）、50万吨/年乙二醇装置、30万吨/年聚丙烯装置。装置原料输送采用立式桶袋泵输送，装置总共有立式桶袋泵近20台。

进入装置开工期，检修人员陆续接到装置信息该类泵发生故障，不能运行。但该类泵立式安装，大检修时需要吊机将设备吊出，检修完毕后，又要吊回，牵涉人力物力较多。因此，有必要着手对此类设备进行改进，延长设备运行周期。

工艺简介和设备参数

储运装置承担着将原料输送至各生产装置的任务，并根据各装置工况及时调整送料流量。本装置液化气采用球罐存储，采用桶袋泵输送。

立式桶袋多级泵将多级泵的各级安装在一个大的筒体中，避免了各级间密封泄漏对环境的污染。整个泵体液力端立式安装于地下，占地面积小，保温部位少。广泛运用于该厂储运罐区的液化气介质（乙烯和丙烯）输送。该设备参数如表1所示。

在使用过程中，该类型泵多次发生机封泄漏和轴瓦损坏等故障。从1月到12月，该类型泵发生过6次机械密封泄漏，5次内部轴承损坏导致泵盘车不动。据装置反映，泵运行后，停下来盘车会出现擦到或卡住等状况。

拆解情况

机械密封拆解

该泵密封冲洗采用API Plan13+52+62冲洗方式，机械密封腔内两摩擦密封副串联，中间缓冲罐内充入甲醇（早期采用白油）做二级密封的冲洗液，缓冲罐顶接火炬。从拆解机械密封来看，两级密封的软环（浸树脂石墨）有磨损，硬环（SiC）肉眼观察磨损痕迹不十分明显，但光圈检测不佳。

泵体拆解

该泵泵体失效的典型特征是盘车擦到和盘不动，拆出来第一个发现的问题是平衡活塞与平衡套之间的擦痕明显。拆除平衡活塞后，盘车轻松。但全部解体后，则发现泵内各滑动轴承（石墨材料）都严重磨损，与之配套的不锈钢轴套也磨损严重（如图1）。部分叶轮的小口环间也有小擦碰。对轴进行跳动检查发现，轴有0.30左右的弯曲度。

图1 磨损的不锈钢套

原因分析

物料原因

液体在流动时，在其分子间产生内摩擦的性质，称为液体的黏性，粘性的大小用黏度表示，是用来表征液体性质相关的阻力因子。粘度又分为动力黏度、运动黏度和条件粘度，对应单位是mPa.s（动力粘度）或者mm2/s（运动粘度）。而滑动轴承的润滑，正是靠两轴套之间的液体产生的液膜支撑润滑。轴在运转过程中将液体带入轴与轴套之间间隙，形成液膜，支撑起轴，让轴不与轴承接触。液膜的厚度同液体进入轴与轴套之间间隙产生的压力和介质的粘度有关，粘度越低，被轴带入的液体越少，被挤出的液体越多，液膜厚度越低。

对比-40℃条件下，两种介质的粘度，基本上丙烯的粘度（动力粘度0.167mPa.s）为40℃时水粘度（0.656mPa.s）的25%左右。将40℃的水的动力粘度转换成运动粘度，则为0.66mm2/s，为40℃32#透平油粘度（30.6mm2/s）的2.2%，难以建立与润滑油相类似的液膜和润滑效果，即此状态下轴与轴套之间的摩擦为直接接触的摩擦，而介质只不过冲洗掉磨下的碎屑和摩擦热，因此滑动轴承自润滑性优良和耐磨性好是关键。

丙烯在0℃时的饱和蒸气压为602.88kPa，接近6个大气压，是种极易气化的介质。通常在低温加压下液态贮存。而丙烯泵的机械密封安装部位正处于泵腔的最顶端，间隙狭小，最容易形成气体空腔却不容易将气体排出。因此，当该部位气体聚集后，机械密封的第一道密封副缺少液体介质的润滑，出现干摩擦（现场有尖锐的叽叽声音），时间长了，第一道密封副损坏，丙烯气穿过第一道密封，将缓冲液冲入火炬线，导致第二道密封副缺少润滑损坏。因此在第二道密封环上可以发现密封过热的痕迹（静环O型圈烧焦）。

图2 损坏的滑动(石墨)轴套

工艺原因

从滑动轴套磨损情况来看，明显是干磨造成的。而干磨的可能原因有泵内带气和抽空。当生产工艺的不完善时，不能提供机械设备很好的运行工况，会造成设备过早失效。储运装置设备运行存在以下特点：（1）送料不连续。随时需根据下游生产情况减少或切断送料，频繁地开停泵和泵出口阀关小会造成泵憋压；（2）介质压力不稳定。泵体设备抽取罐内介质，不同的液位，对泵入口压力不同，尤其泵在低液位运行时，极易产生抽空气蚀，对泵产生致命损伤。

该罐直径18m，最高液位13.5m，最低液位3.5m，液位高度变化对入口压力的影响：

△P1=ρgh=0.5×103×9.8×10=49×103Pa=0.049MPa

根据球冠公式V=π（3R-h）×h2/3,可以得出13.5m液位时，罐顶气体介质的体积V1为1144.5m3，同样处于3.5m液位时，气体体积V2为8692.4m3，在忽略随着液位降低，罐内压力改变所造成的液态丙烯气对压力的缓解因此有：

P1V1=P2V2，P2=P1V1/V2=1.93×1144.5/8692.4=0.254MPa

液位变化对罐内压力的改变量为：

△P2=P1-P2=1.93-0.254=1.676MPa

丙烯密度小，液位高度所造成的压力不大，△P1可以忽略，可是因为液位变化所造成罐内的压力变化△P2却是巨大的，对泵的运行产生的致命影响，极易造成泵体抽空气蚀。

零件材料原因

深井泵，立式安装，占用空间小，但地下部分比较长，轴在运行中会产生较大的晃动。故需要在不同的位置设置径向轴承控制轴的晃动。工业上深井泵所采用的径向定位滑动轴承材料通常有石墨、碳化硅。这两种材料较脆，在撞击力撞击的情况下，会碎裂。碎裂的碳化硅或石墨碎片进入滑动轴承，引起摩擦加速轴承的损坏，最终泵转子卡死。

碳化硅做滑动轴套在屏蔽泵和磁力泵上使用较多，一般动静套都采用碳化硅材料，接触面制作比较光滑，在液体介质润滑下能很好地工作，但是抗冲击性差，容易碎裂，故动静轴承套的配合间隙控制很小，在缺液润滑条件下会很快失效。且破损的轴承套容易形成碎片落入桶袋内，影响今后设备的使用，故不适合使用。

而在之后选取黄铜、填充四氟和自行加工石墨件做轴套，在液体介质条件下运行进行对比，发现黄铜虽然能抵御撞击，但是在如此粘度的液体介质条件下，不可能形成较厚液膜，润滑性较差，容易被磨损。

材料的亲水性或储水性能对材料的润滑效果有很大的影响效果。石墨材料表面的孔洞对水等液体介质有较好的吸附性能，容易形成液膜，改善润滑。石墨和聚四氟乙烯与不锈钢的摩擦学性能较好，因为石墨和聚四氟乙烯是良好的自润滑材料，粘着性很好，能吸附在对偶面上，阻碍磨损的进行；同时能够支持垂直于基础面的负荷，所以承载能力强，摩擦系数小。填充四氟材料同样不会碎裂，而且有自润滑性，但是在外力作用下容易变形，因此其内部很容易磨大的。

石墨轴承是石墨粉和粘土按合适比例配比烧结而成，石墨比重的大小，影响着材料的硬度。在工业上，为了提高石墨轴承的硬度和耐磨性，会往内部添加多种物质，或采用多种工艺，比如浸渍树脂等。自加工的石墨轴承从材质上看，硬度和耐磨性差，不能满足设备的长期运行。

技术原因

轴与滑动轴承之间的间隙十分重要。过小的间隙，会导致轴抱死。间隙过大，会导致轴的挠度加大，临界转速降低，泵运行振动加大，甚至口环和平衡鼓等擦到。测绘件间隙过大，导致轴挠度加大，使得平衡鼓与平衡套、叶轮口环擦到抱牢，与此同时，运行过的轴出现比较大的弯曲度。即使使用原厂备件，在泵体失效后，依然会出现平衡鼓与平衡套擦到，轴弯曲的现象。因此，合适的配合间隙和滑动轴承的耐磨性依然十分重要，尤其是滑动轴承的耐磨性，是今后研究改进的方向。

处理和改进措施

泵的检修

（1）轴的处理。丙烯泵轴长4.5m，中间靠哈弗连接，在滑动轴承失效后，拆出检查有0.30的弯曲，轴拆开检查发现：变形主要集中在上轴的哈弗连接部位。因难以修复校正，我们重新加工上轴。同时考虑轴比较长，两只V型铁支撑轴打表存在技术上的错误，因此在中间哈弗部位滑动轴承位置增加一只V型铁支撑。轴连起后打表在0.10左右。（2）滑动轴承选用。目前，没有合适的石墨替代材料，而自加工的滑动轴承存在材料和尺寸问题，造成设备维修后寿命不长，频繁检修消耗人力物力较大。因此，极力推荐业主尽量采购使用原设备厂方提供的零件。

改进工艺和操作法

（1）增加罐顶平衡管线。随着罐内介质减少和液位降低，罐内的压力也在变化，其影响对泵的抽空气蚀影响甚大。因此在各罐顶部增加平衡线，将其它罐顶的气态丙烯导入运行罐中，缓解罐内压力变化对泵的影响；（2）提高罐液位报警参数。液位过低，介质产生漩涡明显，会夹带过多的气，影响泵的运行。提高罐最低允许液位，防止泵气蚀；（3）机械密封排气管线修改。原机械密封部位排气管线接入火炬系统，长期排放浪费较大，不排则会造成机械密封过早损坏和泵内带气。现将其引入球罐顶部，保持常开状态。

效果检查

经过改进，泵体和机械密封的运行寿命得到了明显提高，泵的平均寿命从原来3个月左右提高到1年左右，机械密封的运行平均寿命达到了8个月以上，并且在逐渐提高。从运行效果上看，影响该泵运行质量的主要原因系工艺设计存在缺陷以及备件选材使用上存在不足。

参考文献：

[1] 苏尔寿桶袋泵说明书
[2] 王晓雷，韩文非，加藤康司. 碳化硅陶瓷的水润滑特性及其表面微细织构的优化设计[J]. 中国机械工程，2008,19（4）：457-460.
[3] 李大勇，李春颜，徐德东. 影响长轴液下泵滑动轴承的因素分析[J]. 通用机械,2007,（6）：64-66.
[4] 尹延国等. 滑动轴承材料的研究进展[J].润滑与密封，2006，（5）：183-186.
[5] 刘勇，郝明凤等. 滑动轴承聚合物基自润滑材料的开发与应用进展[J]. 工程塑料应用,2010,38（1）：80-83.
[6] 魏泽川. 滑动轴承的轴承衬材料及其润滑剂的选择[J]. 中国包装工业,2013（2）：11-12.