离心泵状态监测与故障处理

2012-10-21孔祥臣胡玉荣任新广

中国设备工程 2012年10期

孔祥臣，刘震，胡玉荣，任新广

(中国石油大港石化公司，天津 300280)

离心泵在石油加工行业应用广泛，约占所有设备的90%以上，对离心泵进行监测、控制，对确保生产的有序稳定运行显得尤为重要。经过10多年工作积累，对离心泵的状态监测逐渐由以振动与测温为主细分到9个方面的检查：振动监测、轴承箱温度监测、机封泄漏检查、封油系统或冷却水系统的检查、工艺系统检查、运转设备的联轴器检查、润滑系统的检查、设备附件检查、备用设备检查等。通过以上工作的开展，离心泵状态监测工作得到极大提高，设备突发故障逐年降低，确保了生产的平稳运行。

一、状态监测过程中故障识别标准

1.振动故障分析及评判标准

结合国内外一些振动标准并参照公司状态监测经验，制定下列相应标准。

⑴相对振动标准

相对振动标准在故障诊断中是典型应用，方法为对一设备的同一部位振动定期监测，以设备正常情况下(或初始运转时)的值为原始值，根据实测值与原始值的比值是否超过标准来判断设备的状态(见表1)。

在对设备日常连续监测中，如果发现某台设备同一点的振动幅值与正常幅值的比值达到或超过2.5时，表明机器状态发生了严重变化，无论是否已达到了D区，都应及时调查研究、分析原因，并采取相应措施。

表1

⑵绝对振动标准

依据国际标准化组织颁布的ISO 2372 和ISO 3945、GB/T11347-1989《旋转机械转轴径向振动的测量和评定》、GB10068-2000《轴中心高为56mm及以电机的机械振动振动的测评定及限值》、《电力工业技术管理法规》，额定转速在120～15 000r/min之间的在现场测量的工业机器，并结合工厂实际情况制定以下设备振动测量标准(见表2)。

根据ISO 2372和ISO 3945标准的规定，结合工厂生产的特点，运转设备主要分为：小型旋转设备(电机额定功率≤15kW)；中型旋转设备(15kW＜电机额定功率＜300kW)；大型旋转设备(电机额定功率≥300kW)。

A区——新交付使用的机器应达到的状态或优良状态，运行优；

B区——机器可以长期运行或合格状态，运行良；

C区——机器尚可短期运行但必须采用相应补救措施，一般已有一定的故障；

D区——不允许状态，运行不合格应立即停止运行，排除故障。

⑶电机空运转振动标准(见表3)

⑷振动加速度评判标准：绝对标准3.0～6.0g's(观察)，大于6.0g's并结合趋势分析进行判定。

表2 一般设备测量振动标准

表3 轴中心高H，mm；振动速度限值S，mm/s，有效值

⑸特殊设备振动标准依据其出厂振动标准。

2.温度监测标准。轴承箱温度监测，滚动轴承温度不超过65℃，滑动轴承温度不超过75℃。

3.机封泄漏检查

填料密封：轻质油≤20滴/min，重质油≤10滴/min。

机械密封：轻质油≤10滴/min，重质油≤5滴/min。

一般设备参照上述要求执行，特殊设备按自身要求执行。

4.封油系统或冷却水系统检查。通过温度判定是否通畅。

5.工艺系统检查。检查压力是否波动，流量是否平稳。

6.运转设备联轴器检查。通过频闪仪测量实际转速并检查联轴器膜片好坏。

7.润滑系统检查。换油时检查油质好坏(是否变色、乳化、磨粒等)，检查润滑油油量是否符合要求。

8.设备附件检查。检查压力表、温度表、联轴器安全护罩、出入口管线泄漏等内容。

9.备用设备检查。每天盘车时注意观察实际运转状况，并检查联轴器状况及备用设备润滑状况。

二、典型案例分析

绝大多数的故障都在振动方面有所表现，振动监测是了解设备运行状态的最主要手段及方法。配合温度测量等其他测量的检查，95%以上的故障可以提前发现并处理。

(1)转子不平衡引起振动的案例

燃烧炉鼓风机自启用后运转一直较稳定，在B区运行。2011年7月6日监测时发现振动从B区突然增大至D区，电机及风机侧径向振动都突然增长，水平方向振动强度最大到7.6mm/s，1倍频占主导，无轴承故障的特征频率，停机时现场风机侧有蹭磨声，最后突然停住。

原因分析：由于风机侧各点振动频谱图(见图1)上均显示1倍频占主导，振动均显示突然增大，转子突变不平衡是产生振动的主要原因。电机侧频谱图上均显示1、2倍频占主导，风机侧不平衡引起电机侧振动，并存在不对中故障。叶轮流道有异物进入、叶轮叶片损坏，致使转子质量偏心，引起转子平衡破坏。动平衡突然遭破坏，引起振动突然增大。

图1 风机侧入口端水平方向振动趋势图、频谱图及波形图

拆检结果：该风机末级叶轮整体表面磨损(共8个叶轮)，边缘损坏缺失，末级隔板气封固定螺栓坏，螺栓孔裂(原8条现断4条、松3条，8个螺栓孔均裂)，气封缺失。

(2)轴承故障引起的振动案例

车间冷水泵振动增大，查看现场操作交接班记录显示上午车间监测振动数据为水平、垂直、轴向均＜3.0mm/s，下午16：00振动突然增大，径向及轴向振动大(驱动端水平/垂直/轴向：7.7/7.8/4.5mm/s)，并存在不规则的波动，泵驱动端轴承冲击值大且不稳定(5g's，最大达到10g's)，轴承箱油质较差，温度较稳定(45～48℃)频谱图上显示驱动端轴承(SKF 6315)内、外圈滚道面故障特征频率，现场轴承杂音很大。

原因分析：由于频谱图(见图2)上显示明显的泵驱动端轴承的内滚道面故障特征频率(120.95HZ)及其倍频，轴承的冲击值大(最大达到10g's)，存在严重的波动，判断入口端轴承内滚道面的缺陷是产生振动的根本原因。

图2

拆检情况：轴承内圈表面磨损严重，深坑5处(约0.5cm长、0.1mm深)，沟槽已呈片状，内圈损坏面积达30%。

(3)联轴器膜片故障

目前离心泵普遍使用膜片式联轴器，轻微的不对中在振动监测时有可能不敏感。在使用过程中，连轴器受力，通过频闪仪直接检查转动着的联轴器膜片，可以明显观察到膜片断裂、膜片离鼓等现象，因此该项检查非常重要。

(4)润滑故障

电机侧轴承润滑，润滑油油质差，呈乳白色，该端径向、轴向及Peakvue、4个频谱图及时域波形图上均显示出该端轴承的外滚道面上有缺陷(154HZ及其倍频)。

(5)工艺系统

情况说明：双支撑离心泵，运行中出口阀开度为3～4扣，出、入口管线液流噪声较大，出口阀开大后抽空。

泵入口侧水平振动为7～10mm/s波动(依据国际标准，该泵振动D区范围为大于7.1mm/s不允许使用)，垂直方向振动为6.9mm/s，出口端水平振动为8.2mm/s，22日监测振动有增长趋势，泵支撑上侧水平振动为6.0mm/s，幅值基本与泵侧水平方向振动幅值一致。入口端频谱图上显示1倍及其整数倍频，2、3倍频幅值波动，存在不对中故障成分，振动圆形轨迹显示为6边形，表明存在叶轮通过频率。

判断：选择的泵性能参数与使用工况不匹配，泵的扬程和流量与泵额定参数有出入，设备在实际运行中出现半抽空现象，伴随设备、管线振动和噪声。振动超标易造成设备的损坏，现控制出口阀开度来缓解抽空现场。