高壓液氧泵電機軸承故障分析與潤滑維護

何迎，何亮

(1.延安石油化工廠，陜西 洛川 727400；2.廣研檢測(廣州)有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

高壓液氧泵因其超低溫運行條件與工藝的重要性，其潤滑維護一直是煤化工企業的難點，也是經常出現問題的地方，如存在其電機軸承溫度高、軸振動大、電機有異響等問題，嚴重影響液氧泵的安全穩定運行。況且高壓液氧泵與電機是連體的，故不能實現獨立檢修，從而造成更換費時費力，因此其潤滑維護對于保證空分裝置的整個生產顯得至關重要。本文通過對某煤化工企業使用的高壓液氧泵軸承目前在運行過程中出現了高溫想象而導致軸承破裂的故障問題進行研究分析，以便存在到故障原因。主要利用實驗室磨粒分析與紅外光譜等先進技術，通過大數據對比分析，最終得到相關的結論，為該化工企業的高壓液氧泵運行提供合理的潤滑解決方案。據此，本文還對高壓液氧泵的潤滑維護提供了合理的方案。

1 設備簡介及日常維護

高壓液氧泵是空分裝置中的關鍵設備，是一種低溫液體泵，通過提高液氧的壓力，達到輸送氧氣目的[1]。其結構為單懸臂立式結構，泵體轉子轉軸較長，整個泵體轉子的重量完全依靠電機負端軸承支撐和定位[2]。目前某化工企業高壓液氧泵使用的為國外生產的設備，采用兩開兩備的運行模式，以便提高生產運行的安全穩定性。該設備屬于多級、立式的離心泵，其電機運行的線性速度為2950 r/min，目前使用的潤滑劑為某品牌聚脲基脂，日常定期補脂間隔為1000 h，每次驅動端軸承或非驅動端軸承分別補充為40 g。

2 故障情況

2022年7月份，該企業的高壓液氧泵某電機驅動端軸承出現高溫(達到100 ℃，正常70～80 ℃)，現場當即采取更換軸承的措施。從現場拆下的電機軸承可發現保持架斷裂與內圈高溫痕跡，如圖1所示。

圖1 拆解軸承

3 試驗分析

為了尋找故障原因，取了電機軸承目前使用的潤滑脂與新脂進行檢測分析，主要檢測的項目如下表1所示。利用紅外分析儀與磨粒分析技術[3]，最終得到如表2所示的數據。

表1 檢測項目

表2 檢測數據

4 分析檢測數據

4.1 新脂

新脂檢測數據中存在明顯異常的是元素含量，主要是Li(鋰)、Ba(鋇)、Zn(鋅)、P(磷)這四種元素，參照在用脂及廣研數據庫中該品牌潤滑脂相關元素含量的典型值，該品牌潤滑脂是不含Li(鋰)、Ba(鋇)、Zn(鋅)等元素，而某煤化提供的該品牌新脂中含有這些元素。查閱該品牌的產品資料可知，該品牌潤滑脂屬于以酯類為基礎的聚脲基潤滑脂，為了驗證是否符合產品資料所說，對送檢的該品牌新脂進一步做了紅外分析，其圖譜見圖2。圖中藍色線為新脂的圖譜，紅色線為在用脂的圖譜，圖中3307 cm-1處為聚脲基特征峰，1151 cm-1處是酯類油的特征峰，1733 cm-1處是聚脲皂基和酯類油混合后的特征峰。而某品牌新脂在這些地方并沒有顯著特征峰，說明該脂并不是聚脲基潤滑脂。

圖2 某品牌新脂紅外圖譜

4.2 在用脂

從圖2可知，在用脂的各個特征峰符合以酯類油為基礎的聚脲基脂的峰值，從軸承在用脂檢測數據看，其主要問題是脂中磨損金屬元素Fe(鐵)含量超標，表明脂中存在鋼質磨損顆粒。另外，從檢測數據可以判斷拆解軸承中所加潤滑脂并非取樣新脂，在用脂檢測數據整體上與某品牌新脂典型值吻合，在元素Zn(鋅)含量上有出入。

5 處理措施及建議

5.1 結論及建議

(1)某品牌新脂的檢測數據與廣研數據庫中典型值及該品牌官方給出的產品說明書都無法匹配，故初步判斷該脂可能存在質量問題。考慮這次所取樣品量較少，檢測項目也不全面，如有需要，某化工公司可進一步送檢該品牌新脂樣品(不同批次、更多量)，進行更全面性能指標檢測，以確定產品質量可靠性。

(2)從軸承在用脂檢測結果看，主要問題是磨損金屬元素Fe(鐵)含量超標，表明軸承存在異常磨損。建議保持對裝回后軸承運行狀況的監測。

(3)更換新脂前須檢測分析，以確保為該品牌新脂。

(4)清洗干凈軸承舊脂并且加強對測溫、聽音、振動等檢查項目。

5.2 潤滑維護管理

(1)加脂量過多或過少都會影響軸承的運行溫度，不同的使用環境工況會影響潤滑脂使用壽命[4]。該電機日常補脂周期為1000 h，補脂量為40 g，根據SKF軸承補脂間隔與補脂量計算公式，再結合現場存在高低溫條件下，故定期補脂間縮短至720 h(約1個月)，補脂量調整為25 g，保證加注的潤滑脂只達到軸承潤滑空間20%～30%，從而使軸承溫升得到控制。

(2)采用集中加脂器進行潤滑，做到精準與定期潤滑。加脂器需定期清理，保證輸送管暢通，建議定期3個月清理軸承油脂。

(3)建立規范的加換脂操作導則并按要求執行。特別注意的是：電動機軸承添加潤滑脂之后，軸承溫度會有一個爬升的過程，一般會升高2～5 ℃。這個情況屬正常現象。電動機運行數小時，潤滑脂在軸承上分布均勻后，這個現象會自行消失，軸承溫度會下降至正常數值[5]。

(4)通過技術改造現場來加強對設備的潤滑維護。如由于設備在室外，會受到溫度變化和日曬雨淋的影響。故建議加裝擋板鐵硼裝置或者使用信號反饋監測脂狀態。

6 結語

鑒于高壓液氧泵對空分設備的重要性，日常合理、規范的潤滑維護與定期監測對設備的安全運行起到重要作用。若電動機軸承做不到按質、按時、按量加潤滑脂及潤滑管理不規范，則會引起高壓液氧泵設備的軸承出現高溫，甚至抱軸、燒毀等現象。通過以上現場改造與潤滑維護后，該化工廠高壓液壓泵電機軸承溫度趨于正常，其運行穩定，未對系統造成任何影響。因此，這些潤滑維護與監測經驗可以推廣應用到低溫液氮泵、低溫液氬泵等低溫液體泵上，可以不斷改善和提升空分設備安全運行。