加氢改质分馏塔底热油泵振动问题分析与处理

2016-11-29胡建忠马晓伟侯国栋

中国设备工程 2016年5期

关键词：分馏塔共振频率叶轮

潘强胡建忠马晓伟侯国栋

（中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834000）

加氢改质分馏塔底热油泵振动问题分析与处理

潘强胡建忠马晓伟侯国栋

（中石油克拉玛依石化有限责任公司，新疆克拉玛依 834000）

围绕某加氢改质装置分馏塔底热油泵振动超标问题，分别对其进行了一系列常规减振措施，并进行实验测试和振动频谱监测，发现引起热油泵振动的主要原因是两种相关频率耦合形成共振，最后通过增加变频器调节转速来避免共振频率的产生，有效地解决了该振动难题，为解决类似热油泵的振动问题提供了新的思考角度和方法。

热油泵；振动超标；机封泄漏；变频调节

某加氢改质分馏塔底热油泵P-3207/AB介质为230℃的高温柴油，一旦泄漏极易着火爆炸。该泵从2013年4月正式投用后，振动值一直保持在7.1～8.5mm/s之间，一直存在振动超标问题，振动超标后引起机械密封频繁泄漏，严重威胁到装置安全平稳运行和操作人员人身安全，存在重大安全隐患。

一、热油泵基本性能参数

分馏塔底热油泵P-3207/AB是单级单吸悬臂式离心泵，型号为HZE100-80-400，工作介质为230℃高温柴油，采用中心线支撑方式，性能参数如下表1所示。

表1 P-3207/AB主要性能参数

二、热油泵存在问题

这两台泵从2013年正式投用后，振动值一直保持在7.1～8.5mm/s之间，振动超标后引起机械密封频繁泄漏，严重威胁到装置安全平稳运行和操作人员人身安全，存在重大安全隐患。检维修记录数据显示，围绕该泵振动问题，2013年3月至2014年3月1年期间按照常规检修方法进行了20多次维修处理，分别对其进行了同心度校正、进出口管线支撑加固、进出口管线连接法兰找正、三流道叶轮更换为五流道叶轮、叶轮扩大平衡孔直径以减少轴向力、更换轴承和机械密封等一系列的减振措施（表2）后，振动问题依然没有解决（见表3）。

三、振动原因分析

围绕以上热油泵振动问题，2013年3月至2014年3月1年期间采取一系列的减振措施后，发现振动问题无法解决，说明振动不是由设备自身机械原因或是设计缺陷造成，需要从其它深层次方面去查找原因，为此做了如下的实验假设。

泵运行时，前支脚振动值为7mm/s，在出口管线的一个管线支撑脚处，打入一块薄铝皮板，此时振动就下降至3.2mm/s,泵头主支撑处原为2.2mm/s，现只为1.6mm/s，振值明显下降。拆掉原打入的铝板，振动值又上升。其次，在泵入口段管线改变管线支撑垫（由于管线重，只盘动1/3圈）及阀，振动值也下降较多（降至3.2～4mm/s，有波动），通过该项试验，结合实际运行时管线处地基的振动情况，基本判定泵的振动受管线振动的影响较大。

接着进行振动频谱分析：从以下图1～4各测点的振动频谱图可知，各测点的主要频率成分为3X（3倍频）、6X、9X和2X。此泵的叶轮为3个流道，3倍频是叶片的通过频率，6X、9X分别为叶片通过频率的2倍频和3倍频，理论研究认为叶轮通过频率的出现多见于流体或是两种相干的频率耦合后形成共振时出现。

实验结论：综合以上实验分析和频谱分析认为与该热油泵连接的管线振动频率和泵自身激振频率相耦合形成共振是引起该热油泵振动的根本原因。

表2 热油泵P-3207/AB的故障和维修情况（2013年；数据来源于检修记录）

表3 热油泵P-3207/AB维修后的振动监测值（2013年；数据来源于测振记录）

图1 测点3V振动频谱图

图2 测点3H振动频谱图

图3 测点4V振动频谱图

图4 测点4H振动频谱图

四、处理措施

在找到振动问题的根本原因后，如何有效地消除共振频率是解决问题的核心，本文作者查阅相关技术资料，通过对比多种方案，最后决定通过增加变频器调节转速来避免共振频率产生来解决了这一振动难题。

2.14年4月18日P-3207/B泵安装变频后，测振数据显示：60%变频时该泵振动值在1.2～2.5mm/s范围，70%变频时振动在2.0～3.0mm/s范围，该泵设计流量：129m3/h,实际外送量：50～60m3/h，变频只需控制在60%就能满足生产要求，在P-3207/B改造成功的基础上，2014年8月，P-3207/A泵也进行了变频改造，改造后振动检测值基本和P-3207/B一致，此变频段泵的振动数据见表4。

五、效益评价

1.产生的经济效益

（1）P-3207/AB振动问题解决后可实现长周期平稳运行，通过变频调节后对应的电流显示值下降了30A，电机的工作电压为380V，电机功率因素cosψ为0.9，计算其节约功率为17.77kW，电价按0.414元/kW·h计算，该机组1年运行8000h，节约费用为5.89万元。

（2）根据该泵检维修记录数据显示，两台泵振动超标情况下运行基本上每一个半月大修一次，更换一次轴承费用在1000元左右，更换一次约翰克兰的双端面机械密封价格在5万元左右，第一年下来节约维修费用为40.8万元。

综上，问题解决后可产生经济效益46.69万元/年。

2.产生的社会效益

（1）解决了热油泵因振动可能带来的各种隐患和危害，特别是着火爆炸隐患。

（2）为解决振动问题提供了新的思考角度和方法。

（3）确保了装置长周期运行，为公司柴油产品质量升级提供了可靠保证。

六、结语

通过增加变频器调节转速来避免共振频率产生措施实施后，振动数据由原来的平均7.0～8.5mm/s降至1.2～2.5mm/s左右，达到了《JB/T 8541－2013容积式机械设备振动分级》A级（优）标准，由于振动问题解决后，机封泄漏问题也随之解决，目前该泵可实现安全运行8000h以上，增加变频器调节转速来避免共振频率的产生为解决热油泵的振动问题提供了新的思考角度和方法。