李文生

（長慶油田分公司第三采油廠，陜西延安 717600）

0 引言

離心泵是油田生產過程中的重要設備之一，在使用、檢 修、維護等細節(jié)方面的疏忽，會使多級離心泵發(fā)生異常磨損、振動、抱軸等故障，成為制約油田正常生產的瓶頸。

長慶油田某聯(lián)合站的輸油泵為多級離心泵，型號FDYD46-50×12，流量 46 m3，揚程 600 m，廠家配比功率 132 kW，配用電機額定轉速2950 r/min，工頻49.17 Hz，屬于耐磨防爆多級離心泵，兩端支撐，殼體部分為階段式，通過彈性柱銷聯(lián)軸器與電機連接。從原動機方向看，泵為順時針方向旋轉。定子部分的吸入段、中段、出液段、導葉、填料函體（尾蓋）和軸承體分別用螺栓連接成一體。泵的吸入口為水平右方向，出液口垂直向上。2016年底，對2臺泵例行點檢時發(fā)現(xiàn)振動數據嚴重超標。

1 采集準備

工具選擇:設備振動數據采集選用的儀器為華陽檢測公司研發(fā)的HY-106C工作測振儀，分析軟件為配套的PMS（Plant Management System，設備管理系統(tǒng)）。

測點布局及命名：電機自由端為1#測點，電機輸出端為2#測點，泵的輸入端軸承固定處為3#測點，末端函體附件位置的軸承固定處為4#測點。

1.1 參數及采樣頻率選擇

本次測量采用機械振動狀態(tài)監(jiān)測中速度參數，用字母v表示，單位mm/s，取有效值，因為泵的原動機額定轉速2950 r/min，工頻50 Hz左右，常規(guī)的振動頻率采集范圍即可，速度的采集頻率范圍為（10～1000）Hz。測點命名：01V-v表示 1#測點垂直方向速度參數。

1.2 參考標準

根據國際ISO 10816-3—2016中振動速度準則的規(guī)定，離心泵和電機的振動監(jiān)測評判標準適合選用ISO 10816-3—2016中速度標準，第三組剛性基礎標準，振動有效值的監(jiān)控報警等級范圍見表1。

表1 監(jiān)控報警等級范圍

1.3 數據采集

數據采集通過PMS管理系統(tǒng)建立設備樹，根據需求進行計劃組態(tài)，然后把計劃下載給HY-106C工作測振儀，在現(xiàn)場根據計劃內容要求，通過巡檢方式進行采集，傳感器采用磁性吸座方式，數據采集后回收至PMS管理系統(tǒng)。

2 數據分析

2.1 趨勢判斷

根據3個方向不同位置的測量數據進行對比，各測點的測量值都嚴重超出了設備正常運行的極限閾值范圍，特別是02V-v，04V-v和04A-v這3個測量值。因為不同的方向進行振動測量，關注的設備故障也各有區(qū)分。一般情況下，垂直方向最常關注的低頻振動部分都是松動類機械故障，水平方向多是平衡類機械故障，而軸向多數是對中類機械故障。故障與征兆不是一一對應的關系，一種征兆可能隱藏多種故障，而某一類故障也可能引出多種征兆的表現(xiàn)。

從目前看，此設備存在典型的多征兆多故障并存現(xiàn)象，而機械故障，特別是電機+離心泵的設備系統(tǒng)，常見的有松動、對中、平衡、軸承部件故障等。

按照設備故障的劣化順序和邏輯關系，第一步需要排除的是松動類故障。因為松動本身可以增加設備的振動烈度，激化不對中和不平衡類的故障，長期處于松動運行，還容易引起軸承配合和部件故障。

2.2 頻譜分析（圖1）

機械設備的松動故障一般分類3個類型：A型——基礎松動；B型——結構框架松動；C型——軸承部件松動（軸系松動）。機械松動的主要原因有自身設計剛性不足、安裝精度不良、長期運行老化磨損、基礎或支座損壞、部件破損或配合間隙變大等。其中，A型松動典型的特征是：1倍頻站主導地位，徑向振動較大，特別是垂直方向的振動最大，軸向振動偏小或正常。

表2 各測點振動測量值

從圖1所示的4個頻譜來看，垂直方向最大，并且是1倍頻為主，并攜帶有2倍頻、3倍頻等倍頻分量。同時從趨勢判斷也可以看出，2#，3#和4#這3個測點的軸向振動也很大，松動惡化了軸系的運行穩(wěn)態(tài)，導致了不平衡和對中問題。

2.3 診斷建議

根據故障的劣化順序和解決故障的順序，分析后建議，首先排除A型基礎松動問題。解決措施：排查現(xiàn)場基礎灌漿，水泥底座和地腳螺栓是否有松動問題，然后再采集振動數據觀察是否有變化，排除基礎灌漿和底座破損的因素后，安排人員緊固8個地腳螺栓。

緊固地腳螺栓最合適的方式是使用扭力扳手，這樣通過數顯可以知道扭力的大小，保持緊固力的均勻，如果沒有此類工具，建議安排一個人來執(zhí)行緊固任務，這樣扭力大小基本可以保持一致。

3 測量驗證

垂直方向上，在緊固了8個地腳螺栓以后，振動幅值都回歸較好狀態(tài)，基本處于安全運行階段（表3）。圖2、圖3是處理前后的頻譜對比。說明處理措施對應了設備故障的根源。但同時也要在排除基礎松動以后，觀察對其他方向振動的影響。

水平方向的振動幅值因為做了地腳螺栓緊固，使設備的運行狀態(tài)得到了改善，但是數值整體偏高，并且都是1倍工頻和其諧波分量為主要成分，特別是2#點和4#點的水平方向，振動依然比較高?？紤]泵本身受到的水推力和平衡盤的離心力的影響，外加管線的振動干擾，整體泵的葉輪動態(tài)平衡不好。后續(xù)處理措施緊固拉緊螺栓，排查電機軸心線與水泵軸心線重合情況。該泵已運行多年，沒有更換過葉輪配件，葉輪、軸套等部件存在磨損或剝落情況。處理后反饋，水平振動減少到4.5 mm/s左右，可以監(jiān)控運行。

同時，軸向振動減幅比較大，恢復正常的運行狀態(tài)，無明顯的倍頻分量出現(xiàn)。因為緊固了地腳螺栓，從垂直方向消除了松動因素，使得電機與聯(lián)軸器以及泵軸的中心偏差減小，對中效果理想，同時也減弱了由松動引起的軸向力過大，所以振幅變小，進入合理的穩(wěn)態(tài)運行環(huán)境。

4 總結

（1）振動監(jiān)測對于日常設備運維起到良好的保障作用，用數據分析來查找設備的潛在故障原因，可以更準確對故障進行定源定性分析。該輸油泵表現(xiàn)的故障是油田設備最常見的，因為日常保養(yǎng)過程中缺乏振動數據采集而忽視，如果得到不處理，還會引發(fā)轉子、軸承、聯(lián)軸器等位置的損壞，甚至造成設備意外停機。

表3 緊固螺栓后各測點振動值

（2）振動的監(jiān)測目前比較主要的劃分標準有“JB/T 8097—1999泵的振動測量與評價方法”、“SHS01003—2004石油化工旋轉機械振動標準”和“ISO 10816-3—2016設備類型1-4速度標準”。其中，前兩種標準中將設備運行極限閾值設為11.2 mm/s，而后一種為7.1 mm/s。各石油化工企業(yè)根據自身設備運行的具體狀況，采用的標準等級也不一樣，有很多企業(yè)建立了自己的評判標準。本案例中，按照前兩種標準評判，基礎螺栓緊固后的水平方向振動達到了監(jiān)控運行的界限，但按照ISO的標準就處于危險階段。所以，基于設備運行狀態(tài)監(jiān)測和預知預判的要求，建議采用更嚴格的標準，盡可能多地排查早期故障，避免隱患問題惡化。

圖2 02V-v處理前后頻譜圖對比

圖3 04V-v處理前后頻譜圖對比

（3）隨著國內裝備制造業(yè)的不斷技術升級改進，目前類似于輸油泵的多級離線泵的設計水平、工藝技術標準和安裝水平都得到了很大提升，多數情況下現(xiàn)場故障為日常運維不足或方式欠妥引起的運行過程中的漸發(fā)性故障，通過有效的預防監(jiān)測，可以提前避免很多這類問題?；A松動、支座松動、軸系松動等問題在日常運維中占有很大比例，所以，采用數字化專業(yè)的監(jiān)測工具，通過數據分析來提高設備運維保養(yǎng)的效率和準確性，既提高了設備運行安全率、避免了過度維修對運行的干擾，同時還節(jié)約了經濟成本。這也正是運行設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷以及預知維修的重要價值和意義。