煉廠大型多級(jí)離心泵典型故障案例及分析

申 強(qiáng)，胡繼輝，李建勤，任新廣

（1.中國(guó)石油大港油田礦區(qū)服務(wù)事業(yè)部第二礦區(qū)；2.中國(guó)石油大港油田煉達(dá)公司；3.中國(guó)石油大港石化公司，天津 300280）

大型離心泵故障除軸承磨損、發(fā)熱等傳動(dòng)部件失效以及密封泄漏外，其余故障基本來(lái)自水力部件，包括葉輪堵塞、磨損、進(jìn)口端汽蝕、平衡盤結(jié)垢等。通過(guò)振動(dòng)及軸位移監(jiān)測(cè)可及時(shí)發(fā)現(xiàn)泵組故障，同時(shí)準(zhǔn)確分析故障部位及原因，及時(shí)予以處理，減小故障影響。

一、加氫裂化反應(yīng)進(jìn)料泵故障與分析

中國(guó)石油大港石化公司加氫裂化裝置反應(yīng)進(jìn)料泵為國(guó)產(chǎn)多級(jí)離心泵，型號(hào)280GAYD230×10。工作介質(zhì)為蠟油，最高工作溫度200℃，正常工作溫度181℃，入口壓力0.46/2.41MPaG，出口壓力18.39MPaG，轉(zhuǎn)速4200r/min，電機(jī)功率2300kW。

該泵自2008年7月22日開始運(yùn)行。正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)軸位移值在+0.28mm左右，至10月4日發(fā)現(xiàn)軸位移開始向負(fù)值移動(dòng)，10月17日，軸位移值達(dá)到-0.28mm。在車間切換該泵時(shí)，軸位移值又突然趨于正常，車間決定繼續(xù)使用該泵并密切觀察。在運(yùn)轉(zhuǎn)幾天后，該泵又出現(xiàn)軸位移逐漸靠向負(fù)值，10月31日達(dá)到-0.12mm。其間泵徑向軸振動(dòng)儀表顯示穩(wěn)定，并且離線泵機(jī)殼振動(dòng)測(cè)試趨勢(shì)穩(wěn)定。

11月5日組織拆檢該泵，發(fā)現(xiàn)平衡鼓與平衡套之間（軸向間隙處）結(jié)焦約0.2mm，平衡盤與平衡盤套之間（徑向間隙處） 結(jié)焦0.5～0.6mm。

該泵采用圖1所示軸向力平衡機(jī)構(gòu)。一般情況下，由于平衡盤磨損，軸向及徑向間隙增大，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子在軸向力作用下向主推力軸承（泵進(jìn)口）方向移動(dòng)，即所謂的正向位移。該泵由于平衡鼓與平衡套均出現(xiàn)結(jié)焦，導(dǎo)致平衡鼓、平衡盤與平衡套之間的軸向與徑向間隙減小，可能出現(xiàn)以下兩種情況。

（1）平衡鼓與平衡套之間結(jié)焦，此時(shí)軸向間隙壓力損失增加，轉(zhuǎn)子向主推方向移動(dòng)。如果結(jié)焦量不多，僅僅徑向間隙減小，轉(zhuǎn)子始終保持在平衡狀態(tài)；如果平衡鼓結(jié)焦嚴(yán)重，則平衡盤可能磨損進(jìn)而失去作用，轉(zhuǎn)子軸向力完全由主推力瓦承擔(dān)，極易燒毀推力軸承 (瓦)。

（2）平衡盤沿軸向結(jié)焦，此時(shí)由于平衡盤徑向間隙b0縮小使平衡盤室壓力升高，會(huì)造成平衡盤帶動(dòng)轉(zhuǎn)子向副推方向移動(dòng)。如果結(jié)焦不嚴(yán)重時(shí)，轉(zhuǎn)子會(huì)平衡在主、副推力瓦之間的位置。由于結(jié)焦不穩(wěn)定，所以軸位移會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)。但是一旦結(jié)焦過(guò)多，導(dǎo)致平衡盤的徑向間隙過(guò)小，副推軸瓦受力過(guò)大，而出現(xiàn)磨損。

本泵出現(xiàn)的故障就屬于第（2）種情況，平衡盤結(jié)焦較嚴(yán)重，平衡鼓結(jié)焦較輕，因此轉(zhuǎn)子出現(xiàn)反向移動(dòng)，軸向位移為負(fù)值。由于結(jié)焦不穩(wěn)定，可能出現(xiàn)局部脫落，因此軸位移也不穩(wěn)定。解決辦法：及時(shí)停機(jī)清理平衡機(jī)構(gòu)各部位的結(jié)焦；排查發(fā)現(xiàn)泵的入口反沖洗過(guò)濾器失效，對(duì)反沖洗過(guò)濾器進(jìn)行了處理；將平衡盤后密封間隙適當(dāng)放大。通過(guò)軸位移監(jiān)測(cè)，及時(shí)停機(jī)處理結(jié)焦部位，可避免泵推力瓦磨損與燒瓦。

二、焦化裝置高壓除焦水泵故障分析

焦化裝置高壓除焦水泵為帶齒輪箱的多級(jí)離心泵，該泵各振動(dòng)測(cè)點(diǎn)如圖2所示。

2008年3月7日對(duì)焦化高壓水泵P-3207/A進(jìn)行測(cè)試，各位置點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)見表1。與泵運(yùn)行初期振動(dòng)數(shù)據(jù)相比，測(cè)點(diǎn)7振動(dòng)明顯增大。

機(jī)組軸振動(dòng)顯示：泵前軸振動(dòng)幅度達(dá)50μm、55μm；泵后軸振動(dòng)幅度為18μm、19μm，機(jī)殼測(cè)試與軸振動(dòng)顯示基本吻合。該現(xiàn)象說(shuō)明異常振動(dòng)真實(shí)存在，可能存在某種故障。

故障表現(xiàn)：泵入口端振動(dòng)明顯，頻譜圖存在明顯的6倍泵轉(zhuǎn)速成分（圖3）。

故障分析及診斷：

（1）通過(guò)對(duì)振動(dòng)幅度、振動(dòng)信號(hào)頻譜的分析，認(rèn)為不對(duì)中引起的聯(lián)軸器故障可能性較小，因?yàn)辇X輪箱側(cè)振動(dòng)變化小于泵入口側(cè)振動(dòng)變化，頻譜圖沒(méi)有2×成分。

（2）認(rèn)為振動(dòng)主要由泵本身造成，故障部位可能在泵入口端，依據(jù)泵入口端有明顯6×成分，而出口端表現(xiàn)為不平衡量的增加；具有一定量的軸向成分；測(cè)試中泵入口端振動(dòng)變化較大，啟泵初期振動(dòng)7.0～8.0mm/s，趨于穩(wěn)定后，振動(dòng)下降到4.0mm/s左右。拆檢發(fā)現(xiàn)泵入口焦粉有明顯堵塞。

表1 各位置點(diǎn)振動(dòng)數(shù)據(jù)mm/s

三、鍋爐給水泵故障分析

該泵為節(jié)段式多級(jí)離心泵，型號(hào)DG85-80A×8，工作介質(zhì)102～105℃除氧水，入口壓力0.1MPa，出口壓力6.4MPa，轉(zhuǎn)速2980r/min，電機(jī)功率280kW。

泵運(yùn)轉(zhuǎn)2個(gè)月后，振動(dòng)開始逐漸升高，拆檢發(fā)現(xiàn)末級(jí)葉輪出現(xiàn)穿孔，減薄明顯，呈現(xiàn)出顯著的汽蝕特征，以致每6個(gè)月必須更換葉輪。

運(yùn)行初期，振動(dòng)幅值不高，頻譜圖有明顯的高頻成分（葉輪的葉片通過(guò)頻率經(jīng)常存在），如圖4所示。

運(yùn)行后期，葉輪局部穿孔，導(dǎo)致轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡受到破壞，振動(dòng)顯著增大，頻譜圖具有明顯的1×特征，見圖5。

介質(zhì)為102～105℃的水，如果泵入口壓力較低，泵極易發(fā)生汽蝕。該泵有汽蝕存在，但振動(dòng)不大，且沒(méi)有影響泵流量，僅僅造成泵末級(jí)葉輪損壞，所以汽蝕不嚴(yán)重，將泵葉輪由原普通碳鋼改為1Cr13，運(yùn)行超過(guò)3年沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，大大提高了葉輪使用壽命。

四、結(jié)論

大型多級(jí)離心泵平衡盤結(jié)焦、葉輪入口堵塞與汽蝕是煉廠多級(jí)離心泵的常見故障，通過(guò)軸位移以及振動(dòng)監(jiān)測(cè)與頻譜分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)此類故障，及時(shí)檢修，從而可大量節(jié)約維修費(fèi)用，延長(zhǎng)泵設(shè)備使用壽命。

[1]薛敦松.石油化工廠設(shè)備檢修手冊(cè)—泵（第二版） [M].中國(guó)石化出版社.

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[5]楊德鈞，沈卓身.金屬腐蝕學(xué) [M].北京:冶金工業(yè)出版社，1999.