某化工厂空分装置中冷冻水泵的故障分析及处理方法

2024-01-12纪向宇

山西化工 2023年12期

纪向宇，彭伟

（陕西延长中煤榆林能源化工股份有限公司，陕西榆林 718500）

0 引言

化工厂空分装置预冷系统中，通常要利用离心泵设备将水冷塔中经与氮气换热的冷冻水，泵至冷水机组中进行换热制冷，再流至空冷塔中部向下喷流，将塔内上升热空气进行制冷换热，从而有效控制空冷塔内部温度。因此基于该离心泵制冷换热功能也被称为冷冻水泵，冷冻水泵设备的平稳运行决定着空冷塔换热效率以及空分装置的运行负荷。本文所研究化工厂冷冻水泵因设备老化，检测振幅不断增大，经多次检修处理才将振动故障消除。

1 工程案例分析

该化工厂应用冷冻水泵为单级端吸卧式离心泵，选用型号KCP100X65-250，采用单端面机械密封形式，主要参数见表1，机械结构如图1 所示。该型号产品特点在于符合ISO2858、ISO9908 国际标准，与其它产品具备互换性，同时泵体采用蜗壳形式，效能较高；叶轮与泵轴采用圆锥面结合形式，配合精度强度较高，便于维护；零件构成通用化互换性程度高，便于零件更换维修工作。化工厂应用两台该型号冷冻水泵，由三相异步电机驱动，于2007 年投入使用，一用一备。

图1 离心泵机械结构示意简图

表1 KCP100X65-250 离心泵设备主要运行参数表

该化工厂两台冷冻水泵设备，随着使用年限延长及设备老化问题，振动现象逐渐趋于频繁。在每年检修过程中，检测水泵驱动端水平振动范围3 mm/s，垂直范围2 mm/s，负荷端两方向分别为1.4、1 mm/s，设备总体运行状态良好。在2017 年4 月巡检过程中发现，2 号泵驱动侧振动突然升高，两方向振动范围达到5、2.8 mm/s，检修工作完成后至今，该泵振动值开始不断增加。

2 故障分析及处理过程

2.1 轴承拆检及复查对中

2017 年4 月经首次巡检维修工作分析，将冷冻水泵故障原因确定为由轴承损坏引起，通过拆换轴承部件后振动值明显降低，两方向振动范围降至4.0、2.0 mm/s，但不及原先正常水平。同时对泵轴进行复查对中，振动范围依旧保持不变，因此决定重新装配轴承配件，由于采用火焰加热法进行轴承配件安装，在加热过程中可能因轴承受热不均发生损坏，因此再次进行轴承拆检工作，并对水泵振动情况进行分析。但完成上述操作后，振动值并未下降，因此判定振动故障与轴承部件无关。

2.2 电机及主轴故障分析

由于上述对水泵拆检多次后振动值并未显著变化，因此判断可能泵电机出现问题，因此更换电机后进行了测试运转，发现水泵振动范围并未下降，泵体温度保持50 ℃左右趋于平稳，设备运行正常。待2018 年2 月，冷冻水泵再次出现振动值大幅增长现象，此时两方向振动范围监测值达到8.0、3.8 mm/s。此次拆检工作仍然进行了轴承部件更换，同时利用百分表及V 型铁对泵轴进行检测，发现跳动值符合要求，未发生弯曲。将拆换轴承后的水泵进行振动值检测发现故障依然存在，因此决定更换轴承批次，将原先驱动端6308-2RS1 型号轴承更换为6308-2Z/C3，同样负载端6309-2RS1 型号轴承更换为6309-2Z/C3，经测试运行后振动故障仍存在，振动值无显著变化，因此排除轴承引发振动影响。通过对泵轴磨损现象进行检测发现，于泵轴驱动侧轴承孔出现磨损，原因是轴承箱的轴承内孔尺寸与正常值相比大0.5 mm。由于该轴承箱为铸铁材质无法进行焊接加工，因此将该轴承孔进行打麻点处理，安装轴承后进行振动值测试，发现振动值仍未变化[1]。

2.3 泵壳及轴承箱拆卸更换

两台冷冻水泵一用一备运行，于每月15 日和30日进行倒泵运转，通过划线标定，对每班设备振动情况进行检测，若振动值无明显增大趋势，便可继续投入使用。由于泵壳在多年流水冲刷作用下逐渐出现裂纹，焊接修补效果较差，因此进行了原厂泵壳更换。同时于2019 年4 月，更换了原厂轴承箱，更换前检测到两方向振动值范围分别达到10.4、6.0 mm/s，而更换后由于轴承振动增大，检测到振动值更是积聚增加至16、10 mm/s，因此决定更换回原有轴承箱，通过检测发现振动值又恢复至10 mm/s 左右。同时于4 月中旬拆换了轴承件，并进行复查对中处理，水泵振动值又下降至4 mm/s 左右。

2.4 加固基座支撑及梅花垫更换

于2021 年12 月对水泵出口阀及过滤器进行更换，同时对止回阀进行了检查，由于长期运行状态下拆检零部件，导致水泵振动值增加至15 mm/s，经多次复查也未发现异常情况。因此认为可能是过滤器配件过重，导致内部管路压力过大，对水泵进出口法兰脱除后，并未发现偏移现象，同时利用枕木、千斤顶等支撑结构对进出口管路进行临时支撑，发现振动范围略微下降，但并不显著[2]。同时通过对水泵多部位进行临时支撑振动测试，最后发现基座处影响效果较大，最后对水泵基座进行了三角板加固支撑，效果如图2所示，完成加固支撑后，振动值下降至10 mm/s。

图2 基座三脚架加固效果示意图

该化工厂所用梅花垫材质大多为聚氨酯或橡胶，由于前者耐磨性能好，使用年限更久，因此后期采购通常以硬度较大的聚氨酯材料梅花垫为主。在2 号泵检修过程中，也更换过梅花垫材质，但效果较差。于2022 年3 月，水泵振动值突然增至19 mm/s，为不影响正常生产工作，直接进行了更换泵头处理，同时首次采用了橙黄色材质较软，弹性大的梅花垫，经过装机测试后发现，驱动端两方向振动值大幅下降，仅为3.8、1 mm/s，同时检测泵体温度较低，声音正常，在后续试运行过程中，振动值也未发生变化。

3 检修工作总结

通过上述化工厂空分装置中冷冻水泵装置的振动故障分析过程及处理方法，经过长达5 年的维修经验，总结出如下规律：

1）该KCP100X65-250 型号单级端吸卧式离心泵，与其它类型离心泵相比，故障形式单一，更易于故障定位检修，但其发生振动故障现象的原因却是多方面的，因此需要结合实际振动现象，进行逐级排查工作，消除振动故障，避免发生设备损坏。

2）在离心泵设备维修过程中进行过其它材质梅花垫更换，但振动消除效果较差，同时聚氨酯梅花垫在同型号泵中的运行状态正常。因此分析同型号泵在运行过程中会因自身情况出现不同类型的损伤，从而使同材质梅花垫在离心泵中出现不适用现象[3]。

3）材质较硬的梅花垫使用过程中更易发生破碎，材质较软的梅花垫在使用过程中更易发生挤压变形，两种现象均会导致离心泵的振动增大现象。

4）当离心泵出现振动异常时，首先需要考虑轴承的磨损损坏故障，以及是否对中，梅花垫通常为次要因素。在进行梅花垫选材时，其材质的好坏包括硬度、弹性上的差异，通常会对离心泵的振动效果产生很大影响。即同种材质梅花垫所含组分也不相同，不同材质梅花垫，在同种工况下产生的振动值存在显著差别。因此合理选用梅花垫，有利于离心泵设备的长期平稳运行。