本文介紹了成品油管道輸送過程中，Density skid中取樣泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及工作特性。根據(jù)現(xiàn)場長期使用經(jīng)驗(yàn)，取樣泵大多都是磁力耦合泵，因?yàn)樗晒鉀Q了泵軸封泄漏的問題,但是因成品油管道內(nèi)油泥、銹渣等雜質(zhì)較多,在使用磁力耦合齒輪泵時，出現(xiàn)了許多問題，所以在Density skid中，密度計(jì)取樣泵已經(jīng)由磁力耦合齒輪泵過渡到帶有內(nèi)循環(huán)自冷卻回路磁力耦合離心泵。根據(jù)管道運(yùn)行幾年來積累的經(jīng)驗(yàn),結(jié)合實(shí)際工作案例,分析了故障發(fā)生的原因及危害,并就加強(qiáng)運(yùn)行管理與維護(hù)提出了一些措施,比如過濾器的差壓值、流量計(jì)的顯示值等都可以間接判斷取樣泵是否正常運(yùn)行，重點(diǎn)是加強(qiáng)對磁力驅(qū)動器運(yùn)行溫度的監(jiān)控,根據(jù)監(jiān)測情況,做好磁力密度計(jì)泵事前的清污維護(hù)工作,防止故障的發(fā)生,保證設(shè)備正常運(yùn)行。
       中國石油蘭鄭長管線(蘭州-鄭州-長沙)和延煉西安成品油管線(延煉-臨潼)輸油站成品油密度檢測系統(tǒng),通過在線對成品油密度的測量實(shí)現(xiàn)了對混油界面的跟蹤。密度檢測系統(tǒng)主要由密度計(jì)和一臺小功率磁力驅(qū)動離心泵(取樣泵)組成,該泵選用英國HMD公司生產(chǎn)的小功率磁力離心泵,電機(jī)功率為1.5kW,磁力驅(qū)動器工作溫度不允許超過40℃。如果密度計(jì)泵出現(xiàn)故障,密度計(jì)檢測的油品密度將滯后,從而影響混油監(jiān)測。
 
1        磁力耦合泵的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        磁力驅(qū)動是以磁力來實(shí)現(xiàn)力或轉(zhuǎn)矩?zé)o接觸傳遞的一種新技術(shù)。實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的裝置稱為磁力耦合驅(qū)動器。Density skid中取樣泵磁力泵由泵、磁力傳動器、電動機(jī)三部分組成。關(guān)鍵部件磁力傳動器由外磁轉(zhuǎn)子、內(nèi)磁轉(zhuǎn)子及不導(dǎo)磁的隔離套組成。當(dāng)電動機(jī)帶動外磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時，磁場能穿透空氣隙和非磁性物質(zhì)，帶動與葉輪相連的內(nèi)磁轉(zhuǎn)子作同步旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)動力的無接觸傳遞，將動密封轉(zhuǎn)化為靜密封。磁力離心泵正常工作時,由于金屬隔離套處于正弦交變磁場中,該磁場不但大小變化而且方向也發(fā)生變化,因此由于這種變化可導(dǎo)致金屬隔離套在垂直于磁力線方向的截面上感應(yīng)出渦流電流。為了避免渦流熱使永磁體產(chǎn)生退磁現(xiàn)象,磁力泵設(shè)計(jì)有內(nèi)循環(huán)自冷卻回路,泵內(nèi)液體從泵的高壓區(qū)經(jīng)隔離套法蘭盤上的導(dǎo)流槽進(jìn)入隔離套內(nèi),經(jīng)過內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套之間的間隙帶走熱量,然后由軸的中心孔返回葉輪入口。冷卻液還有一個重要的作用是對安裝在磁力驅(qū)動器內(nèi)的內(nèi)支撐滑動軸承進(jìn)行潤滑和冷卻,使滑動軸承在一個良好的環(huán)境下工作。冷卻液流量太大,對泵效率有影響;冷卻液流量太小,對磁力驅(qū)動器降溫冷卻不利。磁力離心泵可實(shí)現(xiàn)機(jī)械運(yùn)行中的過載保護(hù),當(dāng)從動件負(fù)載過大或卡住時,則磁力驅(qū)動器的內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子會滑脫,結(jié)束轉(zhuǎn)矩的傳遞所發(fā)生的相對運(yùn)動,從而避免了從動件在不能進(jìn)行正常工作時易被損壞的危險,同時也對電機(jī)起到了保護(hù)作用。
 
2        隔離套堵塞的危害及原因分析
        由于磁力泵使用上的“一些局限性”,輸油站小功率磁力密度計(jì)泵的故障主要是雜質(zhì)對泵的影響,拆泵檢修時發(fā)現(xiàn)一個共同的現(xiàn)象是隔離套與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子之間的通道都被雜質(zhì)堵塞,由于磁力密度計(jì)泵隔離套堵塞而造成的故障有:
(1)自冷卻回路中斷,渦流熱和摩擦熱積聚使磁力驅(qū)動器溫度升高,超過永磁體規(guī)定的最高允許工作溫度40℃,使永磁體產(chǎn)生退磁現(xiàn)象,降低磁力驅(qū)動器的傳動效率,縮短磁力泵使用壽命。同時雜質(zhì)也容易進(jìn)入到滑動軸瓦的潤滑導(dǎo)流槽里以及滑動軸瓦與滑動軸套的間隙內(nèi),加劇滑動軸套與滑動軸瓦之間的摩擦,從而使滑動軸承磨損加劇,甚至開裂。
(2)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)阻力加大,內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生滑脫現(xiàn)象,從而使泵軸振動,并產(chǎn)生噪音;堵塞嚴(yán)重時,內(nèi)磁轉(zhuǎn)子卡死,電機(jī)空轉(zhuǎn)。
(3)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子圓筒外雜質(zhì)層隨內(nèi)磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動的過程中與隔離套發(fā)生劇烈的摩擦,隔離套被磨損,時間一長,甚至被磨穿。磁力驅(qū)動器轉(zhuǎn)動過程中金屬隔離套中產(chǎn)生的渦流損失Pj的計(jì)算公式為[1]:
式中　L———磁化長度,m;　
r———隔離套半徑,m;　
t———隔離套壁厚,m;　
n———電機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min;　
B0———磁感應(yīng)強(qiáng)度,T;　
γ———電導(dǎo)率,s/m。
       由上面公式可知,磁渦流損失的大小與隔離套的壁厚成正比,在滿足隔離套強(qiáng)度的條件下,隔離套的壁厚越小越好。磁渦流損失與磁場旋轉(zhuǎn)半徑r的三次方成正比,所以結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時盡量減少r值。正因?yàn)檫@樣,磁力離心泵隔離套套壁一般設(shè)計(jì)較薄,工作氣隙盡量窄,再加上為了減少能量損耗,自冷卻回路流量在滿足冷卻要求的前提下盡量減少冷卻液流量,這樣隔離套與內(nèi)磁轉(zhuǎn)子之間的單邊間隙就很小,從而容易堵塞和造成內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套產(chǎn)生摩擦。經(jīng)過對輸油站磁力密度計(jì)泵的測量,得知內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套之間的單邊間隙不足1mm,隔離套壁厚也只有2mm左右。雖然磁力密度計(jì)泵入口前裝有40目濾網(wǎng)的過濾器,但還是有部分細(xì)小雜質(zhì)經(jīng)過磁力密度計(jì)泵泵腔進(jìn)入到磁力驅(qū)動器內(nèi),油品中的雜質(zhì)是順著磁力密度計(jì)泵內(nèi)循環(huán)冷卻流道隨油品流經(jīng)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套之間的間隙通道的,由于這些雜質(zhì)中含有鐵銹粉末,在磁力作用下被吸附、黏著在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子表面，由于越積越多,最終堵塞內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套之間的間隙,致使內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套卡住不能正常運(yùn)轉(zhuǎn),或雖能運(yùn)轉(zhuǎn)但摩擦產(chǎn)生大量熱量,加之內(nèi)循環(huán)冷卻系統(tǒng)流道被堵塞,熱量無法被油品帶走,磁力驅(qū)動器溫度急劇上升,甚至超過泵磁性材料的允許工作溫度。由此引發(fā)上面所列說的一些故障,使磁力密度計(jì)泵不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。但是隨著Density skid的不斷應(yīng)用，針對現(xiàn)場的特點(diǎn)，也采取了必要的應(yīng)對措施。為了保證密度計(jì)取樣泵的使用壽命，經(jīng)過長期的現(xiàn)場實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，我們采用籃式過濾網(wǎng)，網(wǎng)目由原來的40目增加到80目，并且過濾網(wǎng)內(nèi)增加條形磁鐵，用來除去管道中的鐵屑等雜質(zhì)。

3        案例分析
下面具體對兩個案例進(jìn)行分析。
案例一:
       例行巡檢中發(fā)現(xiàn)取樣泵前流量計(jì)過低密度計(jì)泵發(fā)出異常的噪聲。維修人員對泵進(jìn)行檢查發(fā)現(xiàn)磁力驅(qū)動器表面已發(fā)燙,拆泵檢查發(fā)現(xiàn)泵隔離套間隙內(nèi)已被雜質(zhì)堵塞,內(nèi)磁轉(zhuǎn)子無法從隔離套內(nèi)拉出來解體。發(fā)現(xiàn)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子內(nèi)、外圓柱表面上吸附了大量的油泥(內(nèi)含鐵銹粉末),外圓柱表面上的油泥層成疏松與結(jié)實(shí)條形分隔布置,這是因?yàn)閮?nèi)磁轉(zhuǎn)子磁路設(shè)計(jì)為間隙分散式,有磁極分布的部位容易積聚油泥并在內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套的轉(zhuǎn)動摩擦過程中被擠壓而變得很緊密,沒有磁極分布的部位油泥較疏松;內(nèi)磁轉(zhuǎn)子圓環(huán)內(nèi)側(cè)油泥更多且比較稀松,像“稀泥”一樣,容易被甩動,這樣會造成內(nèi)磁轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動不平衡。內(nèi)磁轉(zhuǎn)子在這種狀況下轉(zhuǎn)動,隔離套與雜質(zhì)層會產(chǎn)生劇烈的摩擦與碰撞,且難以保證內(nèi)磁轉(zhuǎn)子動平衡,從而引發(fā)振動,并發(fā)出噪音。檢修中發(fā)現(xiàn)碳化硅滑動軸承有細(xì)裂紋。雜質(zhì)清理干凈后將泵的各零部件回裝,泵運(yùn)行良好:振動和噪音消失,磁力驅(qū)動器的溫度也回到正常值。隔離套一旦堵塞,如果堵塞物中夾雜有堅(jiān)硬顆粒物,或者內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套同軸度差值較大,內(nèi)磁轉(zhuǎn)子與隔離套之間的間隙不均勻,那么在旋轉(zhuǎn)摩擦過程中還會把隔離套薄壁磨穿,引起油品泄漏,泄漏的油品會滲透到電機(jī)內(nèi),從而發(fā)生表面上看是電機(jī)漏油的“怪現(xiàn)象”。
案例二:
       在巡檢中發(fā)現(xiàn)磁力驅(qū)動器溫度異常,再檢查泵的進(jìn)出口壓力和泵的三相電流值也發(fā)現(xiàn)情況異常,于是停泵檢查。拆泵檢修時發(fā)現(xiàn)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子卡死在隔離套內(nèi),比上例中的還要緊,用熱油對隔離套進(jìn)行加熱后才將內(nèi)磁轉(zhuǎn)子拉出來。拉出后同樣發(fā)現(xiàn)內(nèi)磁轉(zhuǎn)子外圓筒側(cè)上結(jié)了一層厚厚的油泥,油泥層也同樣成疏松與結(jié)實(shí)條形分隔布置,發(fā)生故障時隔離套外表溫度偏高,電機(jī)電流偏低,泵進(jìn)出口壓力與進(jìn)站壓力基本持平,具體數(shù)據(jù)見表1。表2為清洗完雜質(zhì)后重新啟動磁力密度計(jì)泵的運(yùn)行參數(shù)。
       對表1和表2中的數(shù)據(jù)對比可以看出,發(fā)生故障時磁力密度計(jì)泵的三相電流值已明顯下降,與泵抽空時的電流值很相近;泵的進(jìn)出口壓力與進(jìn)站壓力很接近,泵正常運(yùn)轉(zhuǎn)時泵的進(jìn)口壓力比進(jìn)站壓力要低0.1MPa左右(油品經(jīng)過80目濾網(wǎng)產(chǎn)生壓降),泵出口壓力比進(jìn)站壓力要高0.1MPa左右。這些都說明磁力密度計(jì)泵內(nèi)磁轉(zhuǎn)子已被雜質(zhì)卡住,內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子已滑脫,葉輪已停止旋轉(zhuǎn)。從站控室SCADA控制系統(tǒng)調(diào)出此時間段內(nèi)油品密度的歷史曲線,可以觀察到曲線已幾乎成為直線。
      當(dāng)內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子發(fā)生滑脫時會產(chǎn)生相對運(yùn)動。處在交變磁場的作用下,磁力驅(qū)動器將產(chǎn)生渦流損耗、磁滯損耗和剩余損耗,這些損耗的大部分會轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮芤鸫朋w溫度急劇上升。而此時內(nèi)循環(huán)冷卻回路已失去作用,產(chǎn)生的熱量無法被帶走。快速升溫會使內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子產(chǎn)生退磁現(xiàn)象。
      由此可知,隔離套一旦發(fā)生堵塞,其危害是嚴(yán)重的,輕者造成永磁體工作溫度升高,磁性逐漸消退,泵傳動轉(zhuǎn)矩減小,傳動效率降低;甚至內(nèi)外磁轉(zhuǎn)子滑脫,泵停止工作;更嚴(yán)重時滑動軸承損壞,隔離套磨穿,永磁體完全失去磁性。

4        管理與維護(hù)措施
加強(qiáng)磁力密度計(jì)泵運(yùn)行中的管理與維護(hù),可以避免故障的發(fā)生,延長設(shè)備的使用壽命。
4.1　減少磁力密度計(jì)泵的運(yùn)行時間，Density檢測系統(tǒng)主要是用來監(jiān)測混油頭經(jīng)過站場的具體時間,所以密度計(jì)泵只需在混油頭快到站時才開啟（根據(jù)計(jì)算的時間，建議在油頭到達(dá)之前1-2個小時啟動密度檢測系統(tǒng)。）混油頭過站<