離心泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障處理

孔祥臣，劉 震，胡玉榮，任新廣

(中國石油大港石化公司，天津 300280)

離心泵在石油加工行業(yè)應(yīng)用廣泛，約占所有設(shè)備的90%以上，對(duì)離心泵進(jìn)行監(jiān)測(cè)、控制，對(duì)確保生產(chǎn)的有序穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤為重要。經(jīng)過10多年工作積累，對(duì)離心泵的狀態(tài)監(jiān)測(cè)逐漸由以振動(dòng)與測(cè)溫為主細(xì)分到9個(gè)方面的檢查：振動(dòng)監(jiān)測(cè)、軸承箱溫度監(jiān)測(cè)、機(jī)封泄漏檢查、封油系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)的檢查、工藝系統(tǒng)檢查、運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備的聯(lián)軸器檢查、潤(rùn)滑系統(tǒng)的檢查、設(shè)備附件檢查、備用設(shè)備檢查等。通過以上工作的開展，離心泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作得到極大提高，設(shè)備突發(fā)故障逐年降低，確保了生產(chǎn)的平穩(wěn)運(yùn)行。

一、狀態(tài)監(jiān)測(cè)過程中故障識(shí)別標(biāo)準(zhǔn)

1.振動(dòng)故障分析及評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

結(jié)合國內(nèi)外一些振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)并參照公司狀態(tài)監(jiān)測(cè)經(jīng)驗(yàn)，制定下列相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。

⑴相對(duì)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

相對(duì)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)在故障診斷中是典型應(yīng)用，方法為對(duì)一設(shè)備的同一部位振動(dòng)定期監(jiān)測(cè)，以設(shè)備正常情況下(或初始運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí))的值為原始值，根據(jù)實(shí)測(cè)值與原始值的比值是否超過標(biāo)準(zhǔn)來判斷設(shè)備的狀態(tài)(見表1)。

在對(duì)設(shè)備日常連續(xù)監(jiān)測(cè)中，如果發(fā)現(xiàn)某臺(tái)設(shè)備同一點(diǎn)的振動(dòng)幅值與正常幅值的比值達(dá)到或超過2.5時(shí)，表明機(jī)器狀態(tài)發(fā)生了嚴(yán)重變化，無論是否已達(dá)到了D區(qū)，都應(yīng)及時(shí)調(diào)查研究、分析原因，并采取相應(yīng)措施。

表1

⑵絕對(duì)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)化組織頒布的ISO 2372 和ISO 3945、GB/T11347-1989《旋轉(zhuǎn)機(jī)械轉(zhuǎn)軸徑向振動(dòng)的測(cè)量和評(píng)定》、GB10068-2000《軸中心高為56mm及以電機(jī)的機(jī)械振動(dòng)振動(dòng)的測(cè)評(píng)定及限值》、《電力工業(yè)技術(shù)管理法規(guī)》，額定轉(zhuǎn)速在120～15 000r/min之間的在現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量的工業(yè)機(jī)器，并結(jié)合工廠實(shí)際情況制定以下設(shè)備振動(dòng)測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)(見表2)。

根據(jù)ISO 2372和ISO 3945標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，結(jié)合工廠生產(chǎn)的特點(diǎn)，運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備主要分為：小型旋轉(zhuǎn)設(shè)備(電機(jī)額定功率≤15kW)；中型旋轉(zhuǎn)設(shè)備(15kW＜電機(jī)額定功率＜300kW)；大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備(電機(jī)額定功率≥300kW)。

A區(qū)——新交付使用的機(jī)器應(yīng)達(dá)到的狀態(tài)或優(yōu)良狀態(tài)，運(yùn)行優(yōu)；

B區(qū)——機(jī)器可以長(zhǎng)期運(yùn)行或合格狀態(tài)，運(yùn)行良；

C區(qū)——機(jī)器尚可短期運(yùn)行但必須采用相應(yīng)補(bǔ)救措施，一般已有一定的故障；

D區(qū)——不允許狀態(tài)，運(yùn)行不合格應(yīng)立即停止運(yùn)行，排除故障。

⑶電機(jī)空運(yùn)轉(zhuǎn)振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)(見表3)

⑷振動(dòng)加速度評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)：絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)3.0～6.0g's(觀察)，大于6.0g's并結(jié)合趨勢(shì)分析進(jìn)行判定。

表2 一般設(shè)備測(cè)量振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)

表3 軸中心高H，mm；振動(dòng)速度限值S，mm/s，有效值

⑸特殊設(shè)備振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)其出廠振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)。

2.溫度監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。軸承箱溫度監(jiān)測(cè)，滾動(dòng)軸承溫度不超過65℃，滑動(dòng)軸承溫度不超過75℃。

3.機(jī)封泄漏檢查

填料密封：輕質(zhì)油≤20滴/min，重質(zhì)油≤10滴/min。

機(jī)械密封：輕質(zhì)油≤10滴/min，重質(zhì)油≤5滴/min。

一般設(shè)備參照上述要求執(zhí)行，特殊設(shè)備按自身要求執(zhí)行。

4.封油系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)檢查。通過溫度判定是否通暢。

5.工藝系統(tǒng)檢查。檢查壓力是否波動(dòng)，流量是否平穩(wěn)。

6.運(yùn)轉(zhuǎn)設(shè)備聯(lián)軸器檢查。通過頻閃儀測(cè)量實(shí)際轉(zhuǎn)速并檢查聯(lián)軸器膜片好壞。

7.潤(rùn)滑系統(tǒng)檢查。換油時(shí)檢查油質(zhì)好壞(是否變色、乳化、磨粒等)，檢查潤(rùn)滑油油量是否符合要求。

8.設(shè)備附件檢查。檢查壓力表、溫度表、聯(lián)軸器安全護(hù)罩、出入口管線泄漏等內(nèi)容。

9.備用設(shè)備檢查。每天盤車時(shí)注意觀察實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)狀況，并檢查聯(lián)軸器狀況及備用設(shè)備潤(rùn)滑狀況。

二、典型案例分析

絕大多數(shù)的故障都在振動(dòng)方面有所表現(xiàn)，振動(dòng)監(jiān)測(cè)是了解設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的最主要手段及方法。配合溫度測(cè)量等其他測(cè)量的檢查，95%以上的故障可以提前發(fā)現(xiàn)并處理。

(1)轉(zhuǎn)子不平衡引起振動(dòng)的案例

燃燒爐鼓風(fēng)機(jī)自啟用后運(yùn)轉(zhuǎn)一直較穩(wěn)定，在B區(qū)運(yùn)行。2011年7月6日監(jiān)測(cè)時(shí)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)從B區(qū)突然增大至D區(qū)，電機(jī)及風(fēng)機(jī)側(cè)徑向振動(dòng)都突然增長(zhǎng)，水平方向振動(dòng)強(qiáng)度最大到7.6mm/s，1倍頻占主導(dǎo)，無軸承故障的特征頻率，停機(jī)時(shí)現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)機(jī)側(cè)有蹭磨聲，最后突然停住。

原因分析：由于風(fēng)機(jī)側(cè)各點(diǎn)振動(dòng)頻譜圖(見圖1)上均顯示1倍頻占主導(dǎo)，振動(dòng)均顯示突然增大，轉(zhuǎn)子突變不平衡是產(chǎn)生振動(dòng)的主要原因。電機(jī)側(cè)頻譜圖上均顯示1、2倍頻占主導(dǎo)，風(fēng)機(jī)側(cè)不平衡引起電機(jī)側(cè)振動(dòng)，并存在不對(duì)中故障。葉輪流道有異物進(jìn)入、葉輪葉片損壞，致使轉(zhuǎn)子質(zhì)量偏心，引起轉(zhuǎn)子平衡破壞。動(dòng)平衡突然遭破壞，引起振動(dòng)突然增大。

圖1 風(fēng)機(jī)側(cè)入口端水平方向振動(dòng)趨勢(shì)圖、頻譜圖及波形圖

拆檢結(jié)果：該風(fēng)機(jī)末級(jí)葉輪整體表面磨損(共8個(gè)葉輪)，邊緣損壞缺失，末級(jí)隔板氣封固定螺栓壞，螺栓孔裂(原8條現(xiàn)斷4條、松3條，8個(gè)螺栓孔均裂)，氣封缺失。

(2)軸承故障引起的振動(dòng)案例

車間冷水泵振動(dòng)增大，查看現(xiàn)場(chǎng)操作交接班記錄顯示上午車間監(jiān)測(cè)振動(dòng)數(shù)據(jù)為水平、垂直、軸向均＜3.0mm/s，下午16：00振動(dòng)突然增大，徑向及軸向振動(dòng)大(驅(qū)動(dòng)端水平/垂直/軸向：7.7/7.8/4.5mm/s)，并存在不規(guī)則的波動(dòng)，泵驅(qū)動(dòng)端軸承沖擊值大且不穩(wěn)定(5g's，最大達(dá)到10g's)，軸承箱油質(zhì)較差，溫度較穩(wěn)定(45～48℃)頻譜圖上顯示驅(qū)動(dòng)端軸承(SKF 6315)內(nèi)、外圈滾道面故障特征頻率，現(xiàn)場(chǎng)軸承雜音很大。

原因分析：由于頻譜圖(見圖2)上顯示明顯的泵驅(qū)動(dòng)端軸承的內(nèi)滾道面故障特征頻率(120.95HZ)及其倍頻，軸承的沖擊值大(最大達(dá)到10g's)，存在嚴(yán)重的波動(dòng)，判斷入口端軸承內(nèi)滾道面的缺陷是產(chǎn)生振動(dòng)的根本原因。

圖2

拆檢情況：軸承內(nèi)圈表面磨損嚴(yán)重，深坑5處(約0.5cm長(zhǎng)、0.1mm深)，溝槽已呈片狀，內(nèi)圈損壞面積達(dá)30%。

(3)聯(lián)軸器膜片故障

目前離心泵普遍使用膜片式聯(lián)軸器，輕微的不對(duì)中在振動(dòng)監(jiān)測(cè)時(shí)有可能不敏感。在使用過程中，連軸器受力，通過頻閃儀直接檢查轉(zhuǎn)動(dòng)著的聯(lián)軸器膜片，可以明顯觀察到膜片斷裂、膜片離鼓等現(xiàn)象，因此該項(xiàng)檢查非常重要。

(4)潤(rùn)滑故障

電機(jī)側(cè)軸承潤(rùn)滑，潤(rùn)滑油油質(zhì)差，呈乳白色，該端徑向、軸向及Peakvue、4個(gè)頻譜圖及時(shí)域波形圖上均顯示出該端軸承的外滾道面上有缺陷(154HZ及其倍頻)。

(5)工藝系統(tǒng)

情況說明：雙支撐離心泵，運(yùn)行中出口閥開度為3～4扣，出、入口管線液流噪聲較大，出口閥開大后抽空。

泵入口側(cè)水平振動(dòng)為7～10mm/s波動(dòng)(依據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)，該泵振動(dòng)D區(qū)范圍為大于7.1mm/s不允許使用)，垂直方向振動(dòng)為6.9mm/s，出口端水平振動(dòng)為8.2mm/s，22日監(jiān)測(cè)振動(dòng)有增長(zhǎng)趨勢(shì)，泵支撐上側(cè)水平振動(dòng)為6.0mm/s，幅值基本與泵側(cè)水平方向振動(dòng)幅值一致。入口端頻譜圖上顯示1倍及其整數(shù)倍頻，2、3倍頻幅值波動(dòng)，存在不對(duì)中故障成分，振動(dòng)圓形軌跡顯示為6邊形，表明存在葉輪通過頻率。

判斷：選擇的泵性能參數(shù)與使用工況不匹配，泵的揚(yáng)程和流量與泵額定參數(shù)有出入，設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中出現(xiàn)半抽空現(xiàn)象，伴隨設(shè)備、管線振動(dòng)和噪聲。振動(dòng)超標(biāo)易造成設(shè)備的損壞，現(xiàn)控制出口閥開度來緩解抽空現(xiàn)場(chǎng)。

三、總結(jié)

1.通過對(duì)離心泵實(shí)施以上狀態(tài)監(jiān)測(cè)，全公司近1 000臺(tái)離心泵2010年、2011年各出現(xiàn)一起電機(jī)突發(fā)故障，說明目前采取的方法可靠、有效；

2.對(duì)于離心泵的電機(jī)故障，目前已有專門的電機(jī)診斷分析系統(tǒng)，但仍需要進(jìn)一步完善。

3.對(duì)于某些故障的處理有些提前，但對(duì)于石油化工類的流程工業(yè)、高危行業(yè)，上述標(biāo)準(zhǔn)的選用還是比較嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹?/p>

[1]楊國安.《機(jī)械設(shè)備故障診斷實(shí)用技術(shù)》[M].北京：中國石化出版社，2007.

[2]楊志伊.《設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷》[M].北京：中國計(jì)劃出版社，2006.