長輸成品油管道輸油泵機組振動完整性評價

黃 晨

（中國石化銷售有限公司華南分公司，廣東廣州 510620）

0 引言

輸油泵機組是長輸成品油管道的主要動力設備，輸油泵機組振動水平對設備可靠性至關重要。因此，對輸油泵機組工廠試驗、現場試運行及長期運行的振動進行完整性評價，并制定輸油泵個性化振動評價方法，可實現對輸油泵運行振動情況的準確評價。

1 輸油泵振動常用評價標準介紹

目前，輸油泵機組振動標準主要有GB/T 6075.7—2015《機械振動 在非旋轉部件上測量和評價機器的機械振動 第7部分工業應用的旋轉動力泵（包括旋轉軸測量）》（等同于ISO 10816-7：2009）、GB/T 6075.3—2011《機械振動 在非旋轉部件上測量評價機器的振動 第3部分：額定功率大于15 kW額定轉速在（120～15000）r/min的在現場測量的工業機器》（等同于ISO 10816-3：2009）、GB/T 11348.3—2011《機械振動 在旋轉軸上測量評價機器的振動 第3部分：耦合的工業機器》（等同于ISO 7919-3：2009），GB/T 29531—2013《泵的振動測量與評價方法》和ANSI/API STANDARD 610《石油、石化和天然氣工業用離心泵》第11版（等同于ISO 13709—2009）等標準。

1.1 標準適用性范圍

GB/T 6075.7—2015介紹了額定功率＞1 kW的工業應用旋轉動力泵的振動評價，規定了在非旋轉部件（軸承座）上測量評價振動的具體要求，提供了在現場運行時和在工廠或制造商測試設施上進行驗收測試時測量評價旋轉動力泵軸承座振動烈度的具體指南，也給出了評價旋轉軸相對軸振動的一般信息和指南。如果泵停運時的振動值超過運行時的25%，則需要采取矯正措施以減少環境振動的影響。該標準評價準則既適用于泵的運行監測，也適用于現場或制造商測試設施上進行的驗收測試。該標準指出，對于集成電機（葉輪安裝于電機軸上或葉輪軸與電機軸剛性連接）的泵組，GB/T 6075.7—2015適用于整個耦合泵組。該標準給出了臥式泵、立式泵的振動測點位置示意圖。用于測量旋轉動力泵非旋轉部件振動的測量是振動速度，而轉速＜600 r/min的泵，需要額外測量振動位移。該標準要求，測量應在轉子和主要軸承達到其正常穩態運行的溫度時進行，當工況發生了變化（變轉速或變負荷），應在所有工況下進行測量，最大值代表其振動烈度。

GB/T 6075.3—2011適用于額定功率＞15 kW，額定轉速在（120～15 000）r/min的現場測量的工業機器，包括各種類型電機，但不適用于包含集成電機的轉子動力泵。對于撓性連接的泵組，GB/T 6075.7—2015僅適用于泵本體，不涉及分開安裝的驅動機，這些驅動機振動在GB/T 6075.3—2011中涉及。長輸成品油管道輸油泵機組一般為疊片撓性聯軸器，因此其電機振動可按GB/T 6075.3—2011進行評價。

GB/T 11348.3—2011給出了對正常運行狀態下位于或靠近耦合的工業機器軸承處測量的軸振動的評價準則，提供的關于泵的信息與GB/T 6075.7—2015互為補充，如果兩項標準的方法都可使用，通常應使用限制更嚴的那一項標準。該標準提出，在特定情況下，評價泵的軸振時，應考慮現場運行條件、進行驗收時的條件和ISO 10816.7給出的軸承間隙的影響。通常測量是相對于軸承的振動。停機狀態下，若超過工作轉速下所規定振動許用值的1/3時應采取措施消除環境振動的影響。該標準適用于穩定工況，載荷發生正常的緩慢變化的情況，在不同工況下或者瞬態變化期間是不適用的。

GB/T 29531—2013 適用于轉速為（600～12 000）r/min（＜600 r/min可參照使用）的各型式泵，泵與電機共軸（或泵軸與電機軸采用剛性聯軸器連接）的泵機組。如泵靜止時振動值超過運行時的25%，應采取措施減少環境振動值。葉片泵應在規定轉速（允許偏差±5%）以及允許用到的大流量、小流量、保證點流量等工況點進行測量。非往復式容積泵應在規定轉速（允許偏差±5%）、規定工作壓力的工況點進行測量。測量時應考慮軸承溫度不穩定對測量的影響，不能在汽蝕狀態下進行測量。對于降低轉速試驗的振動測量，不能作為評價的依據。該標準給出了臥式泵、立式泵、單級或兩級懸臂泵、雙吸離心泵、多級離心泵、齒輪泵、滑片泵、立式離心泵、立式混流泵、立式軸流泵、立式雙吸泵、長軸深井泵和立式螺桿泵的振動測點位置示意圖。

ANSI/API STANDARD 610有關振動的條款，主要適用于懸臂泵、兩端支承式泵、立式懸吊式泵和高能泵性能試驗過程中振動評價。該標準給出了懸臂泵、兩端支承泵、立式懸吊式泵、立式管道泵和高速齒輪箱成一整體的泵的振動測點位置示意圖。

1.2 振動評價準則

各標準均給出了A（新交付機器應達狀態或優良狀態），B（機器可以長期運行或合格狀態），C（機器可短期運行但必須采取補救措施或不合格狀態）和D（不允許狀態）等4個區域邊界振動限值。

GB/T 6075.7—2015給出了振動速度限值表、低速泵（＜600 r/min）振動位移限值和最大軸相對振動位移推薦值表（根據旋轉動力泵滑動軸承名義徑向間隙確定），該標準認為不論剛性支承還是撓性支承，不論在泵的水平方向還是垂直方向上，只要在該標準規定的位置測量就沒有明顯區別。該標準認為，不同機器的報警值可能上下變動很大，通常相對于基線值來設定的，而基線值是根據具體機器的測量位置或方向的經驗確定的，建議報警值比基線值高出區域B上限值的25%，如果基線值低則報警值可能＜區域C。在沒有建立基線值的情況下，初始報警值應根據其他類似機器的經驗或接受的驗收值來設定，建議報警值一般不超過區域B上限值的1.25倍，如果穩態基線值發生變化（如機器檢修后），宜相應修改報警值。相同設計的所有機器一般采用相同的停機值，對于不同設計的機器停機值可能不同，且不可能給出絕對的停機值指南。通常停機值在區域C或D內，但建議停機值不超過區域C上限的1.25倍。

GB/T 6075.3—2011考慮了機器功率、轉軸高度、剛生支承和撓性支承因素，給出兩組A，B，C，D各區域振動限值數據表（含振動位移和速度均方根限值）。該標準提供的振動評價準則，以及報警值和停機值設定與GB/T 6075.7—2015基本一致。

GB/T 11348.3—2011推薦把報警值設定為比基線值高，高出的數量=區域B/C界限值的25%，如果基線值比較低，報警值可能在區域C以下。在沒有建立基線值的場合（如新機器），最初的報警值應根據其他類似機器的經驗或己經認可的容許值來設定。在運行一段時間后，建立了穩態的基線值，并相應調整報警值。如果穩態基線值改變（如機器大修后），報警值的設定應作相應修改，對于機器上反應不同動載荷和支撐剛度的不同軸承，可設定不同的報警值。對于所有類似設計的機器，采用的停機值一般都相同，且通常與穩態基線值無關；對于不同設計的機器，可有不同的停機值，且不可能對絕對的停機值給出更準確的指南，通常停機值在區域C或區域D內。該標準給出的A，B，C，D各區域邊界軸振限值計算公式，與機器最大轉速有關，但對于某些泵，該標準推薦的位移值比實際軸承間隙大。

GB/T 29531—2013提出，在 10 Hz～1 kHz的頻段內，速度均方根值相同的振動被認為具有相同的振動烈度，給出了泵的振動測試報告樣版。但該標準未涉及報警值和停機值設定內容。

ANSI/API STANDARD 610并按優先工作區和允許工作區，分別提供了懸臂泵和兩端支承泵的振動限值表、立式懸吊式泵的振動限值表、高能泵的振動限值示意圖。

1.3 振動量值變化評價準則

GB/T 6075.7—2015和GB/T 11348.3—2011均規定，在相同的傳感器位置和方向上，在近似相同的工況下測量，即使振動未達到報警值時，若振動量值發生明顯增大或減小超過區域B上限的25%時，應認為振動變化是顯著的，宜分析查明振動變化原因并制定適宜的措施。SHS 01003—2004要求要重視振動值的變化。在穩定運行條件下，盡管振動值仍在合格范圍內，若振動值發生明顯變化如其變化量＞B區上限值的25%，無論變大還是變小，都要及時報告并進一步分析原因。

2 輸油泵振動完整性評價標準的建立

2.1 工廠試驗和現場試運行振動評價

ANSI/API STANDARD 610對輸油泵設計、制造過程各環節均有明確的技術規定，以保證輸油泵的可靠性，其振動限值也比 GB/T 6075.7—2015 （ISO 10816-3）、GB/T 11348.3—2011（ISO 7919-3）、GB/T 29531—2013 和 SHS 01003—2004 等標準限值要低，因此，若買賣雙方約定輸油泵設計制造遵循標準為ANSI/API STANDARD 610，則工廠試驗和現場試運行振動驗收評價標準宜執行ANSI/API STANDARD 610中規定的振動限值；若約定遵循其他標準時，則輸油泵工廠試驗和現場試運行振動驗收評價標準建議可執行GB/T 6075.7—2015（ISO 10816-7）和 GB/T 6075.3—2011（ISO 10816-3），允許工作區內振動應處于振動限值表區域B內。輸油泵訂貨前，買賣雙方應就振動驗收標準達成一致，并在采購技術協議中予以明確。

2.2 輸油泵長期運行振動評價標準建立

2.2.1 基線值法

輸油泵機組在穩定工況運行時有代表性的、可重復的正常振動值，一般由該輸油泵機組在以前正常運行期間多次測量的統計平均得到振動基線值。然后按GB/T 6075.7—2015標準要求，設置報警值、停機值。應重新統計穩態運行振動數據，調整報警值和停機值。

2.2.2 正態統計法

長輸成品油管道輸油泵轉速一般均在（600～3000）r/min，新泵或泵大修后試運行平穩后，應在盡可能寬的穩態工況范圍內，如考慮寬的流量范圍、變轉速情形、多臺輸油泵組合運行等，測取振動值（殼振振動速度、軸振相對位移），應盡可能多的測得振動數據，這些數據基本符合正態分布，可根據正態分布的比率建立輸油泵長期運行振動評價標準。

（1）計算各測點振動數據均值[1]。=（X1+X2+…+Xn）/n。

（2）計算各測點振動標準差[1]。

式（1）中，Xn是第 n 次振動實測值，n=1，2，3，…，N。為獲得一定統計精度，建議測量次數N取30～35，尤其是變頻輸油泵，應測得不同流量、不同轉速下穩態運行振動數據。

按正態分布規律，如圖1所示，σ值越小，則輸油泵在較寬工況范圍內振動越穩定；振動數據出現在[-2σ，+2σ]內概率＞95%，出現在[-3σ，+3σ]內概率＞99%。因此，可取+3σ和GB/T 6075.7區域C上限的1.25倍的低值作為停機值；可取+2σ和GB/T 6075.7區域B上限的1.25倍的低值作為報警值。對于徑向軸承為滑動軸承且連續振動監測為軸振的輸油泵，軸振和殼振均應＜設定的報警值。輸油泵大修或改造后，應重新統計穩態運行振動數據，計算設定報警值和停機值。

2.2.3 振動值變化量監測的相對標準

對于近似工況下，振動值變化超過GB/T 6075.7—2015區域B上限的25%，則需分析查明振動變化原因并制定適宜的措施。現場日常巡檢時，可對比分析評價輸油泵運行振動狀態。

圖1 振動數據統計正態分布

2.2.4 定期振動頻譜分析

前述標準均限于寬帶振動評價，未涉及頻率分量和相位，在多數情況下，對于驗收測試和運行監測是適當的。而對于輸油泵機組長期狀態監測和診斷，采用振動矢量信息對于檢測和確定泵動態狀態的變化是特別有用的，在某些情況下，僅測量寬帶振動可能檢測不到這些變化。因此，如有條件，有必要對關鍵輸油泵定期（如每季度）采集振動頻譜并分析比對，以完整地評估關鍵輸油泵運行狀態。

3 結束語

（1）對比分析了國內國外輸油泵常用振動評價標準的適用性范圍、振動評價準則等內容，對于集成電機（葉輪安裝于電機軸上或葉輪軸與電機軸剛性連接）的泵組，GB/T 6075.7—2015適用于整個泵組振動評價，僅適用于撓性連接泵組的泵體振動評價，撓性連接泵組的振動評價可執行GB/T 6075.3—2011。

（2）建立了輸油泵工廠試驗、現場試運行及長期運行振動評價方法，并提出以振動值變化量監測和定期頻譜分析為補充，可實現輸油泵機組振動監測完整性評價，使輸油泵振動故障癥兆能夠做到早期發現、及時分析原因制定措施處理，真正實現輸油泵狀態維修模式。

（3）振動標準的建立是綜合振動理論基礎以及長期實踐經驗數據統計的結果，而單臺輸油泵個體，即使同規格同型號，振動情況也不盡相同，因此，建議標準提供的振動限值僅作為參考，以連續監測振動探頭測點和現場人工檢測點振動測量數據進行統計，建立適用獨立個體輸油泵各測點的振動評價標準，可實現輸油泵運行狀態的準確管控。此外，在選用標準時，要注意標準適用的診斷對象、應用范圍及約束條件等，切忌張冠李戴。