狀態檢測系統在輻射泵的應用

馬朋朋

摘 要 輻射進料泵作為焦化加熱爐的進料泵，對整個裝置生產起著至關重要的作用。本文討論通過為輻射泵安裝在線狀態監測系統，可實時掌握輻射泵運行狀況。對監測的振動數據進行分析，可及時發現機泵軸承的早期故障，以便在惡性故障發生前采取必要的措施加強維護或及時停機進行修理，增加輻射泵運行的安全性和長周期性。

關鍵詞 輻射泵 狀態監測 振動分析

中圖分類號：O434.11 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0745（2021）01-0027-02

1 輻射泵運行狀況分析

輻射進料泵作為焦化加熱爐的進料泵，對整個裝置生產起著至關重要的作用。石油化工總廠延遲焦化裝置輻射進料泵為美國某公司進口產品，為兩級雙支撐離心泵，泵非驅動端安裝7309軸承2塊，驅動端安裝6216軸承1塊，電機功率260KW，屬于高溫高危險油泵。我們選取輻射泵P7002/1自2012年以來的故障記錄分析，泵軸承故障次數占泵總故障數次數的37%，軸承故障引起的振動也是引發機械密封泄露的重要因素。因此，加強對機泵軸承的狀態監測十分必要。

2 狀態監測系統應用情況

2.1狀態監測系統介紹

機泵設備的絕大多數機械故障都會在軸或基座上以各種不同的振動形式直接或間接地反應出來。因此，只要采用各種有效的手段監測出振動的振幅、頻率、相位角，并將這些振動信號加以同步地分析與綜合，通過分析與判斷，即可較為準確地發現故障的性質及其嚴重程度。狀態監測系統正是基于以上理論開發而來。

狀態監測系統主要由在線狀態監測及分析軟件和無線測振傳感器組成。該在線狀態監測及分析軟件可以為技術人員提供強大的圖譜分析功能，該功能包括設備總貌圖、趨勢圖、頻譜圖、監測報表、狀態列表等。無線測振傳感器采用壓電式加速度傳感器，其具有振幅范圍寬，頻率范圍寬，穩定性好，靈敏度高，不需要經常進行標定，且安裝簡便等優點。焦化輻射泵為雙支撐兩級離心泵，我們在每個軸承箱的水平和垂直方向各安裝了一個無線測振傳感器，無線傳感器通過無線通信站將測量的振動信號及時上傳。設備技術員可通過在線狀態監測及分析軟件查看每個測量點記錄的速度和加速度值，通過圖譜分析功能對機泵運行狀態進行判斷。

2.2檢測過程

輻射泵P7002/1于2019年2月8日開機，各測振點數據開始上傳，至2019年3月11日期間，輻射泵P7002/1各項檢測數據無較大變化。2019年3月11日開始，泵非驅動端監測點4A的加速度幅值開始快速裂化，加速度的幅值由穩定的5.5m/s?左右快速上升到15.5m/s?左右，幅值增長2.8倍，并且有繼續裂化的趨勢。該點速度的幅值也有上升的趨勢，由11日1.0mm/s左右上升到1.8mm/s，但低于加速度幅值的上升幅度。

2.3振動分析

通過使用傅里葉變換的方法，可得到振動信號的頻譜圖。[1]頻譜是構成信號的各頻率分量的集合，它完整地表示了信號的頻率結構，即信號由哪些諧波組成，各諧波分量的幅值大小及初始相位，從而揭示了信號的頻率信息。設備發生故障時，振動頻率也會變化。振動頻率的變化主要有兩種體現方式：一種是出現了新的頻率成分，第二種是原有頻率的幅值上升。不同的頻譜特征在頻譜圖上代表不同的故障。找出了振動信號的頻譜特征，即找出了故障原因。為了更迅速的識別譜圖中的特征頻率成分，狀態監測軟件提供了特征信息面板，只要我們預先輸入軸承型號、電機轉速等部件參數，系統會自動計算故障特征頻率，并且可以直接標注在譜圖上。

系統頻譜分析功能顯示，泵端3個測點同時表現出了輻射泵非驅動端7309軸承內圈固有的特征頻率326.25HZ。通過對比機組兩端軸承監測點的振動加速度幅值變化趨勢，發現泵負荷端，即泵驅動端3H和3V兩個監測點的幅值較平穩。因此，初步判斷振動來自泵自由端，即泵的非驅動端。查看泵非驅動端4A的速度頻譜，發現軸承內圈特征頻率的峰值上升，并且其諧波峰值也同步上升，這也反映為振動速度幅值的上升（如圖1）。

對非驅動端4A監測點的加速度數據和長波形數據進行近一步分析，12日-13日的加速度頻譜中發現有明顯的非驅動端軸承的內圈特征頻率及其諧波能量，能量主要分布在5000HZ以下的中低頻，軸承內圈特征頻率的轉頻邊帶明顯，且邊帶能量較高。根據轉動設備頻譜及故障對應表，這反映了軸承內圈存在損傷故障特征。

3 現場驗證

2019年3月15日，輻射進料泵P7002/1現場非驅動端軸承箱已有明顯雜音傳出，用手觸摸軸承箱，可明顯感覺到振動增大。車間及時啟用備用泵，對P7002/1進行拆解維修。通過拆卸非驅動端軸承箱，發現7309軸承內圈有明顯磨損痕跡，11個軸承滾珠出現不同程度破損;拆卸驅動端軸承箱，經檢查6216軸承無明顯損傷，印證了驅動端軸承速度和加速度值大的原因主要由傳遞非驅動端振動引起。綜上所述與狀態監測系統分析的故障原因基本吻合。進一步分析非驅動端各拆卸零件，發現非驅動端軸承箱甩油環磨損嚴重，產生的金屬碎屑可能進入到軸承內，造成軸承損傷（如圖2）。

通過采取更換新軸承，調整軸承安裝的間隙配合參數，重新加工甩油環等措施，泵P7002/1恢復投用。查看狀態監測系統數據，速度幅值穩定在0.45mm/s，加速度幅值穩定在3.2m/s?。輻射泵P7002/1的電機功率為260KW，機組轉速為2980r/min，屬于評定的Ⅱ類設備。[2]通過對比石油化工旋轉機械振動標準表（SHS01003-92）。振動烈度評定等級為A級，達到了優良的運行狀態。

4 結論

狀態監測系統的投用，為及時發現機泵運行故障，準確找出故障原因，提供了有力的技術支持。通過分析檢測數據和短信報警通知，可及時掌握機泵運行狀況，避免了因軸承損壞引起泵振動增大，可能造成機械密封泄露，引發漏油著火等事故的發生。

參考文獻：

[1] 盛兆順，尹琦嶺.設備狀態監測與故障診斷技術應用[M].北京：化學工業出版社，2003.

[2] 胡安定.石油化工廠設備檢查指南[M].北京：中國石化出版社，2009.

（勝利石化總廠，山東 東營 257000）