離心泵狀態監測與故障處理

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應用廣泛，約占所有設備的90%以上，對離心泵進行監測、控制，對確保生產的有序穩定運行顯得尤為重要。經過10多年工作積累，對離心泵的狀態監測逐漸由以振動與測溫為主細分到9個方面的檢查：振動監測、軸承箱溫度監測、機封泄漏檢查、封油系統或冷卻水系統的檢查、工藝系統檢查、運轉設備的聯軸器檢查、潤滑系統的檢查、設備附件檢查、備用設備檢查等。通過以上工作的開展，離心泵狀態監測工作得到極大提高，設備突發故障逐年降低，確保了生產的平穩運行。

一、狀態監測過程中故障識別標準

1.振動故障分析及評判標準

結合國內外一些振動標準并參照公司狀態監測經驗，制定下列相應標準。

⑴相對振動標準

相對振動標準在故障診斷中是典型應用，方法為對一設備的同一部位振動定期監測，以設備正常情況下(或初始運轉時)的值為原始值，根據實測值與原始值的比值是否超過標準來判斷設備的狀態(見表1)。

在對設備日常連續監測中，如果發現某臺設備同一點的振動幅值與正常幅值的比值達到或超過2.5時，表明機器狀態發生了嚴重變化，無論是否已達到了D區，都應及時調查研究、分析原因，并采取相應措施。

表1

⑵絕對振動標準

依據國際標準化組織頒布的ISO 2372 和ISO 3945、GB/T11347-1989《旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定》、GB10068-2000《軸中心高為56mm及以電機的機械振動振動的測評定及限值》、《電力工業技術管理法規》，額定轉速在120～15 000r/min之間的在現場測量的工業機器，并結合工廠實際情況制定以下設備振動測量標準(見表2)。

根據ISO 2372和ISO 3945標準的規定，結合工廠生產的特點，運轉設備主要分為：小型旋轉設備(電機額定功率≤15kW)；中型旋轉設備(15kW＜電機額定功率＜300kW)；大型旋轉設備(電機額定功率≥300kW)。

A區——新交付使用的機器應達到的狀態或優良狀態，運行優；

B區——機器可以長期運行或合格狀態，運行良；

C區——機器尚可短期運行但必須采用相應補救措施，一般已有一定的故障；

D區——不允許狀態，運行不合格應立即停止運行，排除故障。

⑶電機空運轉振動標準(見表3)

⑷振動加速度評判標準：絕對標準3.0～6.0g's(觀察)，大于6.0g's并結合趨勢分析進行判定。

表2 一般設備測量振動標準

表3 軸中心高H，mm；振動速度限值S，mm/s，有效值

⑸特殊設備振動標準依據其出廠振動標準。

2.溫度監測標準。軸承箱溫度監測，滾動軸承溫度不超過65℃，滑動軸承溫度不超過75℃。

3.機封泄漏檢查

填料密封：輕質油≤20滴/min，重質油≤10滴/min。

機械密封：輕質油≤10滴/min，重質油≤5滴/min。

一般設備參照上述要求執行，特殊設備按自身要求執行。

4.封油系統或冷卻水系統檢查。通過溫度判定是否通暢。

5.工藝系統檢查。檢查壓力是否波動，流量是否平穩。

6.運轉設備聯軸器檢查。通過頻閃儀測量實際轉速并檢查聯軸器膜片好壞。

7.潤滑系統檢查。換油時檢查油質好壞(是否變色、乳化、磨粒等)，檢查潤滑油油量是否符合要求。

8.設備附件檢查。檢查壓力表、溫度表、聯軸器安全護罩、出入口管線泄漏等內容。

9.備用設備檢查。每天盤車時注意觀察實際運轉狀況，并檢查聯軸器狀況及備用設備潤滑狀況。

二、典型案例分析

絕大多數的故障都在振動方面有所表現，振動監測是了解設備運行狀態的最主要手段及方法。配合溫度測量等其他測量的檢查，95%以上的故障可以提前發現并處理。

(1)轉子不平衡引起振動的案例

燃燒爐鼓風機自啟用后運轉一直較穩定，在B區運行。2011年7月6日監測時發現振動從B區突然增大至D區，電機及風機側徑向振動都突然增長，水平方向振動強度最大到7.6mm/s，1倍頻占主導，無軸承故障的特征頻率，停機時現場風機側有蹭磨聲，最后突然停住。

原因分析：由于風機側各點振動頻譜圖(見圖1)上均顯示1倍頻占主導，振動均顯示突然增大，轉子突變不平衡是產生振動的主要原因。電機側頻譜圖上均顯示1、2倍頻占主導，風機側不平衡引起電機側振動，并存在不對中故障。葉輪流道有異物進入、葉輪葉片損壞，致使轉子質量偏心，引起轉子平衡破壞。動平衡突然遭破壞，引起振動突然增大。

圖1 風機側入口端水平方向振動趨勢圖、頻譜圖及波形圖

拆檢結果：該風機末級葉輪整體表面磨損(共8個葉輪)，邊緣損壞缺失，末級隔板氣封固定螺栓壞，螺栓孔裂(原8條現斷4條、松3條，8個螺栓孔均裂)，氣封缺失。

(2)軸承故障引起的振動案例

車間冷水泵振動增大，查看現場操作交接班記錄顯示上午車間監測振動數據為水平、垂直、軸向均＜3.0mm/s，下午16：00振動突然增大，徑向及軸向振動大(驅動端水平/垂直/軸向：7.7/7.8/4.5mm/s)，并存在不規則的波動，泵驅動端軸承沖擊值大且不穩定(5g's，最大達到10g's)，軸承箱油質較差，溫度較穩定(45～48℃)頻譜圖上顯示驅動端軸承(SKF 6315)內、外圈滾道面故障特征頻率，現場軸承雜音很大。

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

圖2

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

(3)聯軸器膜片故障

目前離心泵普遍使用膜片式聯軸器，輕微的不對中在振動監測時有可能不敏感。在使用過程中，連軸器受力，通過頻閃儀直接檢查轉動著的聯軸器膜片，可以明顯觀察到膜片斷裂、膜片離鼓等現象，因此該項檢查非常重要。

(4)潤滑故障

電機側軸承潤滑，潤滑油油質差，呈乳白色，該端徑向、軸向及Peakvue、4個頻譜圖及時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

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

泵入口側水平振動為7～10mm/s波動(依據國際標準，該泵振動D區范圍為大于7.1mm/s不允許使用)，垂直方向振動為6.9mm/s，出口端水平振動為8.2mm/s，22日監測振動有增長趨勢，泵支撐上側水平振動為6.0mm/s，幅值基本與泵側水平方向振動幅值一致。入口端頻譜圖上顯示1倍及其整數倍頻，2、3倍頻幅值波動，存在不對中故障成分，振動圓形軌跡顯示為6邊形，表明存在葉輪通過頻率。

判斷：選擇的泵性能參數與使用工況不匹配，泵的揚程和流量與泵額定參數有出入，設備在實際運行中出現半抽空現象，伴隨設備、管線振動和噪聲。振動超標易造成設備的損壞，現控制出口閥開度來緩解抽空現場。

三、總結

1.通過對離心泵實施以上狀態監測，全公司近1 000臺離心泵2010年、2011年各出現一起電機突發故障，說明目前采取的方法可靠、有效；

2.對于離心泵的電機故障，目前已有專門的電機診斷分析系統，但仍需要進一步完善。

3.對于某些故障的處理有些提前，但對于石油化工類的流程工業、高危行業，上述標準的選用還是比較嚴謹的。

[1]楊國安.《機械設備故障診斷實用技術》[M].北京：中國石化出版社，2007.

[2]楊志伊.《設備狀態監測與故障診斷》[M].北京：中國計劃出版社，2006.