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(yè)應(yīng)用廣泛，約占所有設(shè)備的90%以上，對離心泵進行監(jiān)測、控制，對確保生產(chǎn)的有序穩(wěn)定運行顯得尤為重要。經(jīng)過10多年工作積累，對離心泵的狀態(tài)監(jiān)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(jiān)測、軸承箱溫度監(jiān)測、機封泄漏檢查、封油系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)的檢查、工藝系統(tǒng)檢查、運轉(zhuǎn)設(shè)備的聯(lián)軸器檢查、潤滑系統(tǒng)的檢查、設(shè)備附件檢查、備用設(shè)備檢查等。通過以上工作的開展，離心泵狀態(tài)監(jiān)測工作得到極大提高，設(shè)備突發(fā)故障逐年降低，確保了生產(chǎn)的平穩(wěn)運行。

一、狀態(tài)監(jiān)測過程中故障識別標準

1.振動故障分析及評判標準

結(jié)合國內(nèi)外一些振動標準并參照公司狀態(tài)監(jiān)測經(jīng)驗，制定下列相應(yīng)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(yīng)用，方法為對一設(shè)備的同一部位振動定期監(jiān)測，以設(shè)備正常情況下(或初始運轉(zhuǎn)時)的值為原始值，根據(jù)實測值與原始值的比值是否超過標準來判斷設(shè)備的狀態(tài)(見表1)。

在對設(shè)備日常連續(xù)監(jiān)測中，如果發(fā)現(xiàn)某臺設(shè)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(tài)發(fā)生了嚴重變化，無論是否已達到了D區(qū)，都應(yīng)及時調(diào)查研究、分析原因，并采取相應(yīng)措施。

表1

⑵絕對振動標準

依據(jù)國際標準化組織頒布的ISO 2372 和ISO 3945、GB/T11347-1989《旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)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(yè)技術(shù)管理法規(guī)》，額定轉(zhuǎn)速在120～15 000r/min之間的在現(xiàn)場測量的工業(yè)機器，并結(jié)合工廠實際情況制定以下設(shè)備振動測量標準(見表2)。

根據(jù)ISO 2372和ISO 3945標準的規(guī)定，結(jié)合工廠生產(chǎn)的特點，運轉(zhuǎn)設(shè)備主要分為：小型旋轉(zhuǎn)設(shè)備(電機額定功率≤15kW)；中型旋轉(zhuǎn)設(shè)備(15kW＜電機額定功率＜300kW)；大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備(電機額定功率≥300kW)。

A區(qū)——新交付使用的機器應(yīng)達到的狀態(tài)或優(yōu)良狀態(tài)，運行優(yōu)；

B區(qū)——機器可以長期運行或合格狀態(tài)，運行良；

C區(qū)——機器尚可短期運行但必須采用相應(yīng)補救措施，一般已有一定的故障；

D區(qū)——不允許狀態(tài)，運行不合格應(yīng)立即停止運行，排除故障。

⑶電機空運轉(zhuǎn)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(jié)合趨勢分析進行判定。

表2 一般設(shè)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(shè)備振動標準依據(jù)其出廠振動標準。

2.溫度監(jiān)測標準。軸承箱溫度監(jiān)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(zhì)油≤20滴/min，重質(zhì)油≤10滴/min。

機械密封：輕質(zhì)油≤10滴/min，重質(zhì)油≤5滴/min。

一般設(shè)備參照上述要求執(zhí)行，特殊設(shè)備按自身要求執(zhí)行。

4.封油系統(tǒng)或冷卻水系統(tǒng)檢查。通過溫度判定是否通暢。

5.工藝系統(tǒng)檢查。檢查壓力是否波動，流量是否平穩(wěn)。

6.運轉(zhuǎn)設(shè)備聯(lián)軸器檢查。通過頻閃儀測量實際轉(zhuǎn)速并檢查聯(lián)軸器膜片好壞。

7.潤滑系統(tǒng)檢查。換油時檢查油質(zhì)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(shè)備附件檢查。檢查壓力表、溫度表、聯(lián)軸器安全護罩、出入口管線泄漏等內(nèi)容。

9.備用設(shè)備檢查。每天盤車時注意觀察實際運轉(zhuǎn)狀況，并檢查聯(lián)軸器狀況及備用設(shè)備潤滑狀況。

二、典型案例分析

絕大多數(shù)的故障都在振動方面有所表現(xiàn)，振動監(jiān)測是了解設(shè)備運行狀態(tài)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(fā)現(xiàn)并處理。

(1)轉(zhuǎn)子不平衡引起振動的案例

燃燒爐鼓風(fēng)機自啟用后運轉(zhuǎn)一直較穩(wěn)定，在B區(qū)運行。2011年7月6日監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)振動從B區(qū)突然增大至D區(qū)，電機及風(fēng)機側(cè)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(dǎo)，無軸承故障的特征頻率，停機時現(xiàn)場風(fēng)機側(cè)有蹭磨聲，最后突然停住。

原因分析：由于風(fēng)機側(cè)各點振動頻譜圖(見圖1)上均顯示1倍頻占主導(dǎo)，振動均顯示突然增大，轉(zhuǎn)子突變不平衡是產(chǎn)生振動的主要原因。電機側(cè)頻譜圖上均顯示1、2倍頻占主導(dǎo)，風(fēng)機側(cè)不平衡引起電機側(cè)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(zhuǎn)子質(zhì)量偏心，引起轉(zhuǎn)子平衡破壞。動平衡突然遭破壞，引起振動突然增大。

圖1 風(fēng)機側(cè)入口端水平方向振動趨勢圖、頻譜圖及波形圖

拆檢結(jié)果：該風(fēng)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(xiàn)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(xiàn)場操作交接班記錄顯示上午車間監(jiān)測振動數(shù)據(jù)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(qū)動端水平/垂直/軸向：7.7/7.8/4.5mm/s)，并存在不規(guī)則的波動，泵驅(qū)動端軸承沖擊值大且不穩(wěn)定(5g's，最大達到10g's)，軸承箱油質(zhì)較差，溫度較穩(wěn)定(45～48℃)頻譜圖上顯示驅(qū)動端軸承(SKF 6315)內(nèi)、外圈滾道面故障特征頻率，現(xiàn)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(qū)動端軸承的內(nèi)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(nèi)滾道面的缺陷是產(chǎn)生振動的根本原因。

圖2

拆檢情況：軸承內(nèi)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(nèi)圈損壞面積達30%。

(3)聯(lián)軸器膜片故障

目前離心泵普遍使用膜片式聯(lián)軸器，輕微的不對中在振動監(jiān)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(zhuǎn)動著的聯(lián)軸器膜片，可以明顯觀察到膜片斷裂、膜片離鼓等現(xiàn)象，因此該項檢查非常重要。

(4)潤滑故障

電機側(cè)軸承潤滑，潤滑油油質(zhì)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(tǒng)

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(cè)水平振動為7～10mm/s波動(依據(jù)國際標準，該泵振動D區(qū)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(jiān)測振動有增長趨勢，泵支撐上側(cè)水平振動為6.0mm/s，幅值基本與泵側(cè)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(shù)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(shù)與使用工況不匹配，泵的揚程和流量與泵額定參數(shù)有出入，設(shè)備在實際運行中出現(xiàn)半抽空現(xiàn)象，伴隨設(shè)備、管線振動和噪聲。振動超標易造成設(shè)備的損壞，現(xiàn)控制出口閥開度來緩解抽空現(xiàn)場。

三、總結(jié)

1.通過對離心泵實施以上狀態(tài)監(jiān)測，全公司近1 000臺離心泵2010年、2011年各出現(xiàn)一起電機突發(fā)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(tǒng)，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(yè)、高危行業(yè)，上述標準的選用還是比較嚴謹?shù)摹?/p>

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

[2]楊志伊.《設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷》[M].北京：中國計劃出版社，2006.