石油化工離心泵的故障分析及維護

李軍，何強，王雙雙，宋丹(東營市赫邦化工有限公司，山東 東營 257237)

0 引言

石油化工企業包含了很多復雜的生產環節，在不同的生產環節之中也會使用不同的設備，泵在這之中使用的范圍就相對比較廣泛。無論是離心泵，還是往復泵、齒輪泵等，在企業發展中都受到了非常廣泛的應用。其中，離心泵的使用頻率很高，如出現故障就會引發一系列的安全事故。因此，在離心泵的日常使用過程應對其進行相對優化，加強良好的日常維護保養，對出現的故障問題也應及時分析和排查，保證企業生產經營的順利進行，實現石油化工企業的可持續發展。

1 離心泵的管理內容

首先，離心泵在石油化工企業的工作中起到了重要作用，同時也承受著很大的工作強度，因此對離心泵潤滑問題的解決就顯得非常重要。運用合理潤滑技術能夠保證離心泵在工作中受到良好保護，避免產生過度磨損。石油化工企業也對離心泵的相關潤滑內容作出了一定的要求和規定，要求離心泵的潤滑執行按照“五定”“三過濾”潤滑管理制度[1]。

其次，在日常監管之中，應嚴格滿足定點、定質、定量、定期、定人的五大原則，保證入庫過濾、發放過濾、加油過濾三項過濾內容能夠基本實施。在對離心泵進行管理的過程中，石油化工企業的監管人員應提升對離心泵工作時間的檢查力度，對一些工作時間不同的離心泵做出顏色標識，使工作人員能夠進行直接區分，保證工作的嚴謹性。

最后，相關工作管理人員也應加強對現場設備的整體監管，加強日常工作規劃中的巡邏力度，對發現的問題應及時處理和解決，確保故障問題不會進一步擴大，以便保證生產的順利進行。

2 工作原理

離心泵在工作時，主要的工作動力來源是由泵體自身通過旋轉而產生的離心力。離心泵的主要工作原理是依靠內部高速旋轉的葉輪產生的力，通過這樣高速旋轉的葉片，在泵體中間的液體產生一個慣性離心力，在離心力的作用下能夠獲得足夠的能量，這些能量提升了整個泵體之中的壓強[2]。而當葉輪快速轉動時，這些原本吸附在葉片上的液體就會通過這一系列的力被甩出。當這些液體被甩出之后，原本包含液體的泵體中央就會形成一個真空區域，從而導致泵體內部的氣壓要遠遠小于外部的氣壓。這樣的壓強差距使得泵體之外的液體被吸入泵體內部，一面不斷地吸入液體，一面又不斷地將這些吸入的液體從另一面進行甩出。離心泵就通過這樣的方式連續不斷地進行工作，為整個石油化工系統提供服務[3]。

3 常見故障原因分析

3.1 機械密封失效原因

機械在運行過程之中其實很難保證整體的完全穩定，不同的機械部位會因為在系統之中進行不斷地運轉而產生一些不同的變化，在運行過程之中也會慢慢出現一些密封失效的故障問題。

密封失效會在很大程度上打破原工程系統創造的氣壓環境，使得工程效率在一定程度上大幅度下降。通過相關的分析，發現了機械氣密下降大致上可以分為三個原因：彈性元件失效、動靜環失效、密封圈失效。

3.1.1 彈性元件失效

彈性元件的失效主要出現在泵體之內的彈性元件上，因為彈性元件在工作時對元件本身造成了一定的損傷。這些損傷可能是即時性的，也可能是長久以來累積的結果，導致元件發生斷裂和失彈，失去了其原本具備的基本功能。

斷裂產生的原因主要就是泵長期處于一個運轉不平穩的狀態。在進行泵體設計時，工作人員沒有對泵體的工作情況進行模擬，一些銜接問題沒有處理好，也就容易出現抽空和大幅振動的情況，導致了彈性元件處于的工作環境并不符合生產的需求，承載了超負荷的“工作壓力”。這也就導致它受到一些本身承受范圍之外的力，過大的壓力就會導致元件出現斷裂現象，造成了零件的進一步損傷。

另外，斷裂也有可能是其他原因導致的。例如在對彈性元件進行焊接的時候，技術人員沒有完全焊接整齊，也沒有進行預先的檢查，導致焊接效果并理想，在一些熱處理上存在了明顯的問題。當這些情況出現時，實際上的處理方式就會和前者完全不同，一旦出現這些問題，也就說明元件本身就存在了巨大的安全隱患。一般情況下，技術人員往往就會直接對這些零件進行更換。

而針對壓力問題處理方式則不一樣，工作人員一般會選擇認真查找泵抽空和震動的原因，并進行相關分析，找出影響因素并消除，保證泵體能夠重新恢復到相應的運作水平上。

彈性元件直接出現失彈現象主要是因為在運作過程之中產生了高溫環境，這些高溫環境對本身元件的組成部分和材質產生了一定的影響，導致彈性元件無法適應這樣高溫狀況，產生了形變。而這些形變在很多時候也是不可逆的，最后就導致了失彈現象。為了解決以上問題，工作人員可以考慮選用更加耐高溫、耐腐蝕的合金材料，對彈性元件的材質和波形設計進行完善[4]。

另外一部分原因就是在元件與元件之間形成了一些結垢，這些結垢直接填充了原先元件回彈的空間，也就使得元件失去可彈力的空間。為了避免這一現象的產生，可以通過采用封油或者軟化水在容易產生結垢的區域進行沖洗。此方法對這種情況可以有效改善。

3.1.2 動靜環失效

動靜環失效也是石油化工生產過程中一個比較常見的問題。其產生的原因也有很多種情況，其中的一種原因就是密封環的鑲嵌結構原先處于硬化狀態，但是在高溫介質的綜合作用下，導致這些鑲嵌結構的區域出現了剛性的衰減，也就不同程度上的形成了一些松動和脫落。

動靜環失效實際上就是鑲嵌的地方缺乏了原本的作用。一般來說，通常可以直接采用整體結構，避免產生鑲嵌，或是在鑲嵌和連接處進行堆焊硬質合金的設置。利用這種耐熱性和剛性都較強的金屬，也可以很大程度上避免鑲嵌的部分出現因為溫度上升而發生松動的情況。

如果是因為超負荷運轉而導致摩擦過度，兩邊零件之間因為摩擦而改變了原本的形態這種問題，解決方案就會顯得比較復雜，因為鑲嵌結構已經無法改變。因此，只能夠通過適當的過盈量，或是直接通過改善環座材料這樣的方式，盡可能地在裝配前就做好相關的檢查工作，例如確保在裝配過程避免一些缺陷和松動的出現。

如果是因為離心泵在生產的過程中過快預熱而產生了應力裂紋，導致了在生產環節中出現了嚴重的連續性泄漏問題，泵就會受到過大的壓力而產生斷裂現象。這也會導致動靜環的石墨環由于受到過大的壓力和拉力產生相應脫落或是斷裂，進而導致軸封的失效。

此外，因為離心泵的不斷運轉，承受了比較大的工作強度，甚至遠遠超過了出廠時的測試水平。在這樣高強度的長期運轉下，彈性元件在不斷工作進行形變的過程中就會產生壓縮比過大的問題。而前端的壓面也會和接觸部位產生很大的摩擦，這樣的摩擦力度就會造成原先完好的動靜環出現了不同程度的磨損，最后導致了失效。

在實際的使用過程之中，應當針對性地避免這些普遍問題的發生，科學使用零部件，保護零部件的基礎使用狀態。

3.1.3 密封圈失效

密封圈失效的原因主要是老化和嵌入溝槽問題。密封圈的材質在生產過程中要求較高，需要和介質很好適配，才不會輕易地產生體積上的膨脹。體積膨脹會導致原先的泵體出現了過多的摩擦熱，加速了材料在正常運作之中的消耗程度，也會進一步加速材料老化，使材料的使用年限發生一定時長的縮減。

一般對這種問題，只要進行相應材料的更換就可以得到良好解決。將中高溫的材質類型統一更換成更加耐高溫的材料，保障在后續工作中更好地完成相關的生產任務。

另外，由于密封圈長期處于高溫狀態，因此在進入溫度比較低的環境時就會由于過大的溫差而形成一些斷裂。但是這種硬化實際上只是一種即時的效果，在溫度發生回轉時就會出現一定程度的好轉，因此在產生溫度強烈變化時一定要注意及時調整。但是這樣的回轉過程實際上也很難能夠達到未發生改變之前的效果。因此在面對特殊環境時，應選擇相比之下更加耐寒的材料類型，保證這些材料不會因為過低的溫度而承受相關的不可逆損傷。

由于密封圈本身就更加容易因為保存問題而受到影響，因此在保存過程中應盡量避免光照的直射和高溫、低溫、高壓，同時對濕氣也應進行嚴格掌控，防止密封圈受潮而產生性能損壞。應盡量保證將其放置在防潮袋中，存放于陰涼處，盡可能地減少環境帶來的影響因素，保持原先的穩定性質。

3.2 電機類故障

3.2.1 轉子類不平衡故障

離心泵容易出現的故障類型并不是完全單一的，而是由非常復雜且不同的因素共同組成。例如泵的轉子部位就很有可能發生不平衡的故障和一些質量偏心、轉子部件的某些區域出現缺失等問題，這些問題的出現一般就會直接造成轉子本身內部平衡的質量結構被直接打破，轉子內部產生質量布局上的不平衡，也就會影響后續的使用效果。

這類故障在旋轉類機械之中比較常見，轉子在組成部分上也是由多個轉盤共同組成的，每一個轉盤都有可能產生質量偏心故障，并且不同轉盤之間產生故障的概率也基本相同。然而不同轉盤之間產生的質量不平衡問題并不是完全獨立的，如果在同一時刻發生了多個質量偏差，就會結合在一起，成為了一個不平衡類問題，這樣的問題在解決情況上也會比單一的不平衡質量問題要更加棘手。

3.2.2 偏心轉子故障

在泵體內部，定子與轉子之間實際上會有不同的故障部位，這些由于不同心產生的故障類型就被稱作偏心故障。這一類的偏心故障在解決難度上實際也會比較大，且這一問題發生時也非常復雜，它們并不會單獨的產生作用，而是會和其他很多種不同類型的故障一起出現。

例如當泵存在幾何偏心時，除了會產生與介質相關的頻率波動以外，也很有可能還會導致內部的流體運行不平衡的問題。通過流體不規則流動，就會導致內部的葉片產生一系列頻率倍頻的振動，這一過程實際上會放大相關的故障類型，在進行故障排查時也會更加困難。

有偏心造成的激振力實際上僅與負荷有關，與運行過程之中葉片的轉速并沒有產生什么實質性的聯系。正因為這樣，技術人員在進行對偏心故障診斷時，應從負荷的層面上進行入手，通過對不同的負荷類型進行橫向比對，才能夠更加準確地發現故障存在的原因。

3.3 聲音異常或震動過大

泵在日常正常工作中，會產生一定的噪音，這是由于內部零件在進行相互運轉的過程之中會由于摩擦而發出一些聲音。此時產生的聲音類型也是相對比較平穩和正常的，不會很悶或者很空。因此，對泵組在運行過程中產生的聲音進行觀察和測定，也可以作為相關的判定標準，來評判泵組目前的運行情況。

如果機組在工作過程中出現了非常明顯的雜音，或是產生了一些異常的振動類型，這實際上就是一個反常現象，很有可能就是泵產生故障的先兆。一旦遇到這種情況，相關人員應提升自身的敏銳度，對機組進行系列檢查，針對一些比較容易產生問題的部位也應提升檢查力度，防患于未然。

泵機組振動實際上并不是一個簡單的現象，相反它產生的原因可能會很復雜。引發震動的原因也有很多類型，一般情況下可以大致分為機械和水力兩個方面。

從機械方面上看，可能是因為在正式運行之前，技術人員并沒有對葉輪平衡進行校準工作。這就會導致在運轉的過程之中發生相關的重心偏移，產生機組的振動，針對這種情況應當即刻校正。第二種情況就可能是由于泵軸與電動機軸不同心，對這樣的問題也應在發現的第一時間進行相關的重心矯正。還有一個比較普遍的原因就是在工作時的物理因素，例如螺絲松動或者設備的擺放不平整這樣的問題。這一問題所能影響的范圍其實可大可小，具體情況應當依據現實來進行決定，保證相關設備的擺放能夠整齊、平衡。

在水力方面可能產生的故障原因就是：在運行過程之中吸積過大，就會導致水汽對進氣口的壓力會增加，有時甚至會成倍增長，在葉輪進口產生汽蝕，長久以來就會對氣口產生腐蝕作用。水流經過葉輪時，在低壓區由于流速比較緩慢而內部氣壓比較弱，就會導致空氣進入水流之中，出現氣泡。這些氣泡并不會保持太長的時間，到高壓區就會由于內部氣壓的更改而氣泡潰滅，在氣泡產生破裂的瞬間產生撞擊引起振動。此時就應當降低低壓區和高壓區之間的高度差，有效減少氣泡的產生，減少這一環節之中容易產生的振動問題。

此外，泵在非設計點產生了運行，流量過大或過小，不符合原先的機組設計標準，引起了泵的壓力變化或壓力脈動，對泵體產生不良影響。同時，當泵吸入異物的時候，就會造成堵塞問題。這些堵塞物摻雜在水流中會影響葉輪的正常運轉，對葉輪產生損壞。一旦遇到這種問題就應立刻停機，進行相關的清理工作[5]。

4 維護石油化工離心泵故障的技術

4.1 預測性維護技術

在開展石油化工離心泵維護時，應當更加重視預防的重要性，爭取能夠在問題發生之前就進行預防，以此來杜絕在日后發生故障的可能性。

預測性維護技術實際上就是對目前還處于運行狀態的離心泵進行一些相關的故障分析。這一環節需要技術人員對當前設備各個零部件的運行狀況進行全面研究和調查，仔細排查目前運行過程之中存在的一些問題，并進行及時解決，防止問題的進一步擴大。

同時，應更重點關注潤滑、振動等這些方面的問題。在進行工作時，及時地對數據進行記錄，在對數據歸類時加強對信息技術的應用，確保數據準確展現。

同時也應定期展開監管會議，對一些出現頻率較高或是可能性較大的問題進行具體分析。并在日后的工作之中，加大對這些內容的工作力度，進一步保證離心泵工作過程之中的安全性能。

4.2 預防性維護技術

預防性技術實際上應當建立在預測性技術的基礎之上，主要是通過預測的結果，進行相關分析，展開措施的制定，實現預防的目的。預防更加重視措施方面，對可能出現的問題進行一些加備工作，這樣就盡可能地減少問題所可能帶來的一系列不良后果，降低在生產過程之中可能造成的經濟損失，增加企業的經濟效益。

在實際對整體工作設備進行監管的過程之中，預防性的技術需要大量參考以往的工作記錄，保證能夠對一些出現頻率較大的問題進行針對性排查，優化整體的防范工作。這種排查也可以在很大程度上節約維修成本，技術人員可以憑借自身經驗來縮減維修的范圍，使維修工作更有效和快捷，也更加具有針對性。

5 結語

隨著經濟社會的不斷發展，石油化工產業已經成為當前的支柱產業之一。對在生產過程之中可能發生的離心泵故障類型，本文進行了相關的分析，從個人的角度希望為石油化工的相關人員提供參考，共同推動石油化工產業的進步。