平臺離心泵故障診斷及實例分析

林毅，楊新強

（中海石油技術檢測中心狀態(tài)監(jiān)測分公司，天津塘沽300452）

1 引言

離心泵應用廣泛，它以種類多、效率高、較經(jīng)濟、用途廣等優(yōu)點在各油田的海上平臺及陸地終端各環(huán)節(jié)的生產(chǎn)系統(tǒng)中大量使用。由于海上平臺環(huán)境特殊，而且維護成本相對較高，準確對離心泵的運行狀態(tài)進行狀態(tài)監(jiān)測及進行故障分析，在當今已是行之有效的技術手段。振動在機械設備中普遍存在，當其內(nèi)部發(fā)生異常故障時，振動幅值會隨之變化，將采集到的異常信號進行頻譜分析可查出故障原因及部位。

2 離心泵故障的產(chǎn)生

離心泵產(chǎn)生的故障種類多，表現(xiàn)形式多種多樣。根據(jù)故障發(fā)生的性質(zhì)可分為以下四類：

(1)由于各種原因使泵的性能達不到使用的要求，即所謂性能的故障；

(2)由于液體的腐蝕或機械磨損所發(fā)生的故障；

(3)填料密封或機械密封損壞而發(fā)生的故障；

(4)其它各種機械事故所造成的故障。

3 平臺最常見的幾種故障實例及分析

2008年12月份，在某平臺下甲板處測量一臺閉式排放泵（見圖1，泵的參數(shù)見表1），監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示該設備振動偏高，尤其是泵兩端，振動速度值最大可達到25mm/s，已經(jīng)處于高值報警的范圍，該泵擔任著平臺輸送污油、水等腐蝕性較強介質(zhì)的任務，平日里該泵間歇運轉(zhuǎn)，每日累計工作時間約為12小時，啟動時工作人員站在甲板附近已感覺有強烈震感存在。

經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，該設備由于泵輸送的介質(zhì)腐蝕較強烈，該泵的葉輪、口環(huán)、導流葉及葉輪等泵結(jié)構(gòu)都存在有大量部件腐蝕剝落和泵內(nèi)部件嚴重磨損等情況。2008年9月份以后泵的振動值明顯增大，時域圖中顯示泵的驅(qū)動端存在著明顯沖擊，速度總值為9.827mm/s，頻譜圖中除了較高的一倍工頻外，其他頻域未見其他的明顯異常情況存在（見圖2、圖3）。

表1

圖1

結(jié)合泵的頻譜數(shù)據(jù)分析比較后，判斷為泵葉輪、平衡盤存在嚴重腐蝕磨損導致泵內(nèi)轉(zhuǎn)子產(chǎn)生了較大不平衡力，使轉(zhuǎn)子的軸向和徑向的振動值都顯著增高，其故障特征易和聯(lián)軸器不對中現(xiàn)象混淆。

（一）離心泵的軸承故障

泵軸承故障是最為常見的，軸承屬于耗材又是易損件，不平衡、不對中、裝配不當或潤滑不良、材質(zhì)、制造等原因都會造成泵軸承的故障，同時軸承的故障也會引起葉輪的磨損。某臺注水增壓泵在故障前采集的幾次數(shù)據(jù)中，泵驅(qū)動端加速度包絡值平均為78.05gE,速度值21.89mm/s，圖譜中表現(xiàn)為軸承故障(見圖4)。

隨后平臺將該泵返回陸地進行解體維修，解體后發(fā)現(xiàn)該泵泵軸軸頭彎曲，軸承出現(xiàn)嚴重的銹蝕、并有跑外圈的跡象。隨后平臺對該泵進行維修，更換了端泵軸和軸承，重新嚴格進行聯(lián)軸器對中，目前該設備運行基本正常。

（二）離心泵的葉輪故障

某平臺一臺兩級離心泵，流量為3m3/h，功率為2kW。業(yè)主反映設備振動近期一直偏高，經(jīng)分析頻譜時發(fā)現(xiàn)，頻譜圖中存在300 Hz峰值及其諧波，并以3倍諧波為中心產(chǎn)生邊頻，因此判斷該設備的葉輪部位存在故障。建議對該泵解體，檢查葉輪。隨即維修單位停泵檢修，發(fā)現(xiàn)首級半開式葉輪的葉片端部已全部受損，葉輪已不能使用。

圖2 2008年9月份采集到的數(shù)據(jù)樣本

圖3 2009年2月份的振動值呈明顯上升趨勢

圖4

（三）泵聯(lián)軸器不對中

某平臺原油外輸泵，為12級水平剖分式離心泵，功率132 kW，承擔向陸地處理廠輸送原油的任務。監(jiān)測過程中，發(fā)現(xiàn)該泵驅(qū)動端頻譜中存在較大振動。經(jīng)頻譜分析，頻譜圖以1倍工頻和2倍工頻為主，為典型的聯(lián)軸器不對中現(xiàn)象。

平臺采納建議后，安排對該設備進行聯(lián)軸器對中。維修過程中發(fā)現(xiàn)該泵不對中的量達到0.80mm。經(jīng)重新對中，設備振動幅值大幅度降低，設備運行恢復正常。

（四）離心泵的氣蝕

除了以上一些常見故障外，氣蝕也是影響離心泵正常運行的主要故障之一。因受泵介質(zhì)工況影響，離心泵比較容易產(chǎn)生氣蝕，例如吸入液面下降或灌注頭高度不夠，壓力低；介質(zhì)溫度升高，飽和蒸汽壓加大(指易于汽化的介質(zhì))；液體流速增高，阻力損失加大。

根據(jù)經(jīng)驗，相當一部分離心泵產(chǎn)生氣蝕是由于生產(chǎn)工藝系統(tǒng)中含砂、雜質(zhì)或氣體，經(jīng)濾器的過濾后仍然存在部分顆粒細微的雜質(zhì)，或者濾器在選購和設計時不能滿足現(xiàn)場工藝系統(tǒng)的要求，因而導致設備入口較臟，濾器被堵塞，泵吸入壓力過低。

4 結(jié)束語

熟練地運用狀態(tài)監(jiān)測技術，迅速地對設備的故障進行比較準確的判斷，并相應作出快速決策，能更迅速、有效地確定維修策略。在實際工作中我們運用狀態(tài)監(jiān)測技術對離心泵的不同故障做出分類診斷分析，比較準確地判斷出故障部位，有效提高檢查與維修的質(zhì)量，保證離心泵的使用安全。

[1]黃文虎，夏松波.設備故障診斷原理技術及應用［M］.科學出版社，1996.8.

[2]夏虹，劉永闊.設備故障診斷技術[M].哈爾濱工業(yè)大學出版社，2009.11.

[3]胡安定.石油化工設備維護檢修技術［M］.中國石化出版社，2008

[4]SKF公司.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷培訓教材［Z］.