王 强
中海浙江宁波液化天然气有限公司 浙江宁波 315800
摘要：LNG接收站罐内低压泵因电流过载无法启动，检查发现泵内平衡鼓耐磨环与平衡鼓抱死，且耐磨环有开裂等故障现象，针对故障原因进行分析和处理。
关键词：低压泵；耐磨环；抱死；配合间隙。
一、概述
LNG接收站一期装有由美国JC Carter公司生产罐内低压泵7台，于2012年投入使用。泵为两级立式潜液泵，额定流量430m3/h，扬程256米，功率250KW，转速2955RPM，输送介质LNG（-159.7℃）。泵壳体和叶轮部件材料采用铝合金A356.0-T6，泵轴材料ASTM A564 Gr630，耐磨环材料为ASTM B584（C93200），轴向力通过平衡鼓和空心泵轴来实现平衡。
二、泵检修情况
此泵之前因泵运行振动值高而进行过检修，磨损部件全部替换。轴承耐磨环和平衡鼓耐磨环无备件的情况下，选用国产相近材料替代，经维修后现场测试因电流过载跳车，进行再次检修。再次将泵拆检后发现平衡鼓耐磨环损坏严重，与平衡鼓之间有铜材料粘粘现象，且耐磨环存在多处裂纹。通过低温液氮浸泡后拆下耐磨环发现表面出现开裂现象。
三、问题的提出及原因分析
在泵检修后进行测试过程中运行仅有5秒后即停车，且无法再启动，检修时发现平衡鼓耐磨环与平衡鼓抱死，其他部件没有出现明显的磨损痕迹，说明其他部件测试运行过程中正常。安装的轴承为原厂提供的新轴承，泵体上盖与泵筒体各止口检查未发现异常，查询检修记录未见耐磨环存在安装问题。本次测试仅平衡鼓耐磨环出现问题，可推断造成泵电流过载的原因与此次更换的平衡鼓耐磨环有直接关系，并同时分析可能造成耐磨环损坏的其他原因可能有以下几个方面：
1.平衡鼓耐磨环材料缺陷
在未运转时，经介质冷却后已产生细小裂纹，经查平衡鼓耐磨环材料原厂选用材质为ASTM B584 C93200，标准化学成分见表1；
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C93200是美标高铅锡青铜，国内没有对应的材料牌号，也难以采购。此次外委厂家选用C83600，标准化学成分与C93200含量基本接近，标准化学成分见表2。
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而对损坏的平衡鼓耐磨环进行化学成分分析，化学成分检测见表3，从化学成分分析此次更换的零件材料与ASTM B584 C83600有一定差异，主材料Cu元素和低温下容易造成脆断的S元素和P元素也都在标准范围内，但锌（Zn）这种有害元素的含量达6.03，明显高于C93200的2-4，也高于C83600的4-6，由此可初步判断所选用的材料存在问题，是导致平衡鼓耐磨环裂纹的因素之一。
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2.安装配合间隙
造成平衡鼓耐磨环与平衡鼓配合间隙过小。依据泵厂商提供的安装数据表，平衡鼓与平衡鼓耐磨环配合间隙为0.33mm～0.41mm,安装前检测为0.38mm，符合要求。我们经查表选取-150°C不同温度下金属材料的线膨胀系数：铜合金为15.03×10-6° C-1，铝为18.73×10-6°C-1,高铬钢为8.1× 10-6°C-1，平衡鼓耐磨环内径Φ257mm，介质温度-162°C，安装环境温度28°C，计算-162°C平衡鼓耐磨环直径变化量：δ=15.03×10-6×257×（-190°C）=-0.73mm，平衡鼓直径变化量：δ=8.1×10-6×257×（-190°C）=-0.40mm，-162°C平衡鼓耐磨环与平衡鼓间隙缩小差0.73-0.40=0.33mm，也就是说-162°C温度下不同材质的金属的收缩率不同，平衡鼓耐磨环为铜合金较平衡鼓收缩要大，导致平衡鼓与耐磨环之间的间隙变小。对照“低压泵操作维护手册”提供的安装数据平衡鼓与耐磨环配合间隙0.33mm～0.41mm和安装前检测的配合间隙0.38mm，经计算0.38mm-0.33mm=0.05mm，-162°C条件下，平衡鼓与平衡鼓耐磨环直径间隙为0.05mm，平衡鼓耐磨环安装采用过盈装配，配合间隙将进一步缩小，再加平衡鼓耐磨环的选材不当，低温冷缩后机械运转发生摩擦，产生大量热量导致耐磨环炸裂，平衡鼓与平衡鼓耐磨出现多处开裂抱死的故障。
四、问题的解决方法
针对该故障原因我们在检修中采取了如下措施：
1.平衡鼓直径Φ257+0.12，平衡鼓耐磨环内径尺寸应控制在Φ257+0.63-0.73，确保环境温度下平衡鼓与平衡鼓耐磨环间隙保持在0.51mm～0.61mm之间；
2.安装过程中严格控制各轴套、耐磨环配合间隙，平衡鼓耐磨环外径安装过盈量控制在0.03mm～0.05mm之间；
3.对于止口定位的泵安装时要认真清理毛刺，有条件的话最好上机床检查同心度，确保止口定位准确；
4.平衡鼓耐磨环选用美国牌号C93200，如国内替代Cu含量要接近和严格控制S、P、Zn含量，严格控制材料质量；
5.为避免耐磨环低温下收缩出现配合间隙变化，泵组装前各部配合间隙要进行低温测试，确保泵在低温下各配合间隙符合技术要求。
采取应对措施后，更换为进口的各耐磨环和轴套，更换新的轴承，并严格检查安装配合间隙，泵安装后试车运行正常，故障消除。
五、结语
对于低温泵的检修作业，要充分考虑低温对零部件的影响，常温状态下的零部件安装间隙会在低温工况下发生明显变化，因此安装过程即要参考生产厂商提供的“操作维护手册”中的程序和数据，同时也不能完全照搬数据，不能作为最终的安装间隙要求。另外，由于耐磨环原材料化学成分不同，选择替代材料不仅要考虑成分差异，加工制造和热处理差异也可能对材料造成较大影响，不同材料选材在不同低温下的收缩量也会产生变化，同一材料低温处理后安装前要进行低温测试来满足泵的安装配合要求。
参考文献
[1] 张祉祐.低温技术热力学[M]. 西安交通大学出版社,
[2] 吴业正.制冷与低温技术原理?高等教育出版社