高压液氧泵电机轴承故障分析与润滑维护

何迎，何亮

(1.延安石油化工厂，陕西 洛川 727400；2.广研检测(广州)有限公司，广东 广州 510000)

0 引言

高压液氧泵因其超低温运行条件与工艺的重要性，其润滑维护一直是煤化工企业的难点，也是经常出现问题的地方，如存在其电机轴承温度高、轴振动大、电机有异响等问题，严重影响液氧泵的安全稳定运行。况且高压液氧泵与电机是连体的，故不能实现独立检修，从而造成更换费时费力，因此其润滑维护对于保证空分装置的整个生产显得至关重要。本文通过对某煤化工企业使用的高压液氧泵轴承目前在运行过程中出现了高温想象而导致轴承破裂的故障问题进行研究分析，以便存在到故障原因。主要利用实验室磨粒分析与红外光谱等先进技术，通过大数据对比分析，最终得到相关的结论，为该化工企业的高压液氧泵运行提供合理的润滑解决方案。据此，本文还对高压液氧泵的润滑维护提供了合理的方案。

1 设备简介及日常维护

高压液氧泵是空分装置中的关键设备，是一种低温液体泵，通过提高液氧的压力，达到输送氧气目的[1]。其结构为单悬臂立式结构，泵体转子转轴较长，整个泵体转子的重量完全依靠电机负端轴承支撑和定位[2]。目前某化工企业高压液氧泵使用的为国外生产的设备，采用两开两备的运行模式，以便提高生产运行的安全稳定性。该设备属于多级、立式的离心泵，其电机运行的线性速度为2950 r/min，目前使用的润滑剂为某品牌聚脲基脂，日常定期补脂间隔为1000 h，每次驱动端轴承或非驱动端轴承分别补充为40 g。

2 故障情况

2022年7月份，该企业的高压液氧泵某电机驱动端轴承出现高温(达到100 ℃，正常70～80 ℃)，现场当即采取更换轴承的措施。从现场拆下的电机轴承可发现保持架断裂与内圈高温痕迹，如图1所示。

图1 拆解轴承

3 试验分析

为了寻找故障原因，取了电机轴承目前使用的润滑脂与新脂进行检测分析，主要检测的项目如下表1所示。利用红外分析仪与磨粒分析技术[3]，最终得到如表2所示的数据。

表1 检测项目

表2 检测数据

4 分析检测数据

4.1 新脂

新脂检测数据中存在明显异常的是元素含量，主要是Li(锂)、Ba(钡)、Zn(锌)、P(磷)这四种元素，参照在用脂及广研数据库中该品牌润滑脂相关元素含量的典型值，该品牌润滑脂是不含Li(锂)、Ba(钡)、Zn(锌)等元素，而某煤化提供的该品牌新脂中含有这些元素。查阅该品牌的产品资料可知，该品牌润滑脂属于以酯类为基础的聚脲基润滑脂，为了验证是否符合产品资料所说，对送检的该品牌新脂进一步做了红外分析，其图谱见图2。图中蓝色线为新脂的图谱，红色线为在用脂的图谱，图中3307 cm-1处为聚脲基特征峰，1151 cm-1处是酯类油的特征峰，1733 cm-1处是聚脲皂基和酯类油混合后的特征峰。而某品牌新脂在这些地方并没有显著特征峰，说明该脂并不是聚脲基润滑脂。

图2 某品牌新脂红外图谱

4.2 在用脂

从图2可知，在用脂的各个特征峰符合以酯类油为基础的聚脲基脂的峰值，从轴承在用脂检测数据看，其主要问题是脂中磨损金属元素Fe(铁)含量超标，表明脂中存在钢质磨损颗粒。另外，从检测数据可以判断拆解轴承中所加润滑脂并非取样新脂，在用脂检测数据整体上与某品牌新脂典型值吻合，在元素Zn(锌)含量上有出入。

5 处理措施及建议

5.1 结论及建议

(1)某品牌新脂的检测数据与广研数据库中典型值及该品牌官方给出的产品说明书都无法匹配，故初步判断该脂可能存在质量问题。考虑这次所取样品量较少，检测项目也不全面，如有需要，某化工公司可进一步送检该品牌新脂样品(不同批次、更多量)，进行更全面性能指标检测，以确定产品质量可靠性。

(2)从轴承在用脂检测结果看，主要问题是磨损金属元素Fe(铁)含量超标，表明轴承存在异常磨损。建议保持对装回后轴承运行状况的监测。

(3)更换新脂前须检测分析，以确保为该品牌新脂。

(4)清洗干净轴承旧脂并且加强对测温、听音、振动等检查项目。

5.2 润滑维护管理

(1)加脂量过多或过少都会影响轴承的运行温度，不同的使用环境工况会影响润滑脂使用寿命[4]。该电机日常补脂周期为1000 h，补脂量为40 g，根据SKF轴承补脂间隔与补脂量计算公式，再结合现场存在高低温条件下，故定期补脂间缩短至720 h(约1个月)，补脂量调整为25 g，保证加注的润滑脂只达到轴承润滑空间20%～30%，从而使轴承温升得到控制。

(2)采用集中加脂器进行润滑，做到精准与定期润滑。加脂器需定期清理，保证输送管畅通，建议定期3个月清理轴承油脂。

(3)建立规范的加换脂操作导则并按要求执行。特别注意的是：电动机轴承添加润滑脂之后，轴承温度会有一个爬升的过程，一般会升高2～5 ℃。这个情况属正常现象。电动机运行数小时，润滑脂在轴承上分布均匀后，这个现象会自行消失，轴承温度会下降至正常数值[5]。

(4)通过技术改造现场来加强对设备的润滑维护。如由于设备在室外，会受到温度变化和日晒雨淋的影响。故建议加装挡板铁硼装置或者使用信号反馈监测脂状态。

6 结语

鉴于高压液氧泵对空分设备的重要性，日常合理、规范的润滑维护与定期监测对设备的安全运行起到重要作用。若电动机轴承做不到按质、按时、按量加润滑脂及润滑管理不规范，则会引起高压液氧泵设备的轴承出现高温，甚至抱轴、烧毁等现象。通过以上现场改造与润滑维护后，该化工厂高压液压泵电机轴承温度趋于正常，其运行稳定，未对系统造成任何影响。因此，这些润滑维护与监测经验可以推广应用到低温液氮泵、低温液氩泵等低温液体泵上，可以不断改善和提升空分设备安全运行。