王利聰，許敏，張砷釔

空分裝置中冷凍水泵的故障分析及處理方法

王利聰，許敏，張砷釔

（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

離心泵是化工生產(chǎn)裝置中使用范圍最廣、數(shù)量最多的動設(shè)備之一，故障形式相對單一，故障原因便于發(fā)現(xiàn)和排查，但發(fā)生故障時若不能夠及時發(fā)現(xiàn)，不及時處理，往往會演變成特殊的故障現(xiàn)象，多次檢修均不能消除。結(jié)合冷凍水泵的實際案例，對長達5年之久特殊振動現(xiàn)象進行簡述，對故障原因和處理措施進行分析和總結(jié)。

空分；離心泵；振動；故障；處理措施

冷凍水泵是空分裝置預(yù)冷系統(tǒng)中重要的動設(shè)備之一，水冷塔里經(jīng)過污氮氣換熱的冷凍水，從水冷塔底部流至冷凍水泵入口，經(jīng)冷凍水泵升壓后打至冷水機組或氨冷卻器中進行換熱制冷，后流至空冷塔中部向下噴流，與空冷塔內(nèi)上升空氣進行換熱，從而保障空冷塔空氣出口溫度。冷凍水泵的運行情況關(guān)系到空冷塔出口溫度的高低和分子篩的吸附效果[1]，夏季時會影響空分裝置整體負荷和產(chǎn)能高低。近幾年來，筆者公司一臺冷凍水泵振動不斷增大，形成一種特殊的振動現(xiàn)象，多年內(nèi)采取各種措施，對其進行頻繁檢修，才將此故障消除。

1 冷凍水泵簡介

本公司冷凍水泵采用廣東肯富來泵業(yè)的單級端吸臥式離心泵，型號為KCP100X65-250，轉(zhuǎn)速為 2 900 r·min-1，流量150 m3，揚程100 m，葉輪直徑270 mm，汽蝕余量2.5 m。此泵采用機械密封，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—鎖緊螺母；2—墊片；3—葉輪；4—泵體；5—O型圈；6—泵軸；7—機械密封； 8—0型圈；9—泵蓋；10—軸承壓蓋；11—軸承；12—軸承箱； 13—三角支架；14—泵軸

驅(qū)動端和負載端軸承分別采用6308-2RS1、6309-2RS1自密封深溝球軸承，軸承箱無加油孔，正常運行中無需添加潤滑劑進行潤滑，聯(lián)軸器采用T150六爪聚氨酯梅花墊，由郴州華安的三相異步電機帶動。此泵共設(shè)兩臺，位號分別為P01103和P01104（下文簡稱3號泵和4號泵），2007年投用，運行狀態(tài)為一開一備，每月15號和30（31）號進行倒泵運轉(zhuǎn)。

2 案例起因

2016年以前，兩臺冷凍水泵正常運行，因使用年限較長設(shè)備老化，兩臺水泵的振動逐步增長，但運行情況良好，驅(qū)動端的水平振動范圍為3 mm·s-1左右、垂直端為2.0 mm·s-1左右，負荷端水平振動范圍為1.4 mm·s-1左右、垂直端為1.0 mm·s-1左右，檢修周期約為1至2年一次。2016年4月18日，巡檢時發(fā)現(xiàn)4號泵驅(qū)動側(cè)振動較高，水平方向 5.0 mm·s-1，垂直方向2.8 mm·s-1。對其進行檢修處理，至此4號泵振值開始不斷上漲。

3 處理過程與措施

3.1 更換軸承與復(fù)查對中

2016年4月18日，經(jīng)過檢查與分析，懷疑為軸承損壞，拆檢更換前后軸承[2]，振動稍有降低，水平方向4.0 mm·s-1，垂直方向2.0 mm·s-1，但未達到以前的振動值。之后進行復(fù)查對中，但振動未再降低。

3.2 再次更換軸承

因?qū)χ袕?fù)查無異常，懷疑為軸承裝配異常。因軸承加熱器損壞，軸承采用火焰加熱法安裝，使用乙炔火焰進行加熱，因溫度不易掌握[3]，懷疑加熱溫度較高，軸承加熱不均勻，導(dǎo)致軸承損壞。待軸承加熱器正常后，再次拆檢更換軸承，加熱溫度100 ℃，安裝后振動未下降。

3.3 更換電機

因泵振動未下降，且泵已拆檢多次，懷疑電動機有問題，聯(lián)系電氣部門進行更換電機，振動依舊，暫排除電機異常問題，進行長周期試泵運轉(zhuǎn)，運行過程中振動未出現(xiàn)明顯上升，泵體溫度50 ℃左右，投入正常使用，交替運行。

3.4 對軸及軸承箱進行測量

2017年2月，4號泵振值開始增長，驅(qū)動側(cè)水平方向8.0 mm·s-1，垂直方向3.8 mm·s-1，對其拆檢更換軸承，并使用V型鐵和百分表，對泵軸進行打表檢查圓周跳動，發(fā)現(xiàn)泵軸的跳動值符合要求，未出現(xiàn)彎曲等現(xiàn)象，暫排除泵軸。更換軸承回裝進行試機，振值未變化，新更換軸承為skf的6308-2RS1、6309-2RS1，再次懷疑是否為軸承批次問題，新軸承存在故障、游隙較小等，導(dǎo)致運行時震動較大，為此將軸承更換為nsk的6309-2Z/C3、6308-2Z/C3，試運行后振值未變化，再次排除軸承問題。對泵軸的軸肩、軸承內(nèi)孔、軸承外徑、軸承箱的軸承座進行測量和檢查，發(fā)現(xiàn)泵軸承箱的驅(qū)動側(cè)軸承孔出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，軸承的外徑符合軸承的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但軸承箱的軸承內(nèi)孔尺寸偏大，大出正常范圍值0.5 mm，此處軸承型號為6308-2RS1，軸承在拆裝過程中較為輕便。因此，判定為軸承箱驅(qū)動側(cè)軸承孔座磨損，因軸承箱形狀復(fù)雜，材質(zhì)為鑄鐵，廠內(nèi)無法焊接加工，遂對軸承孔進行打麻點后安裝軸承[4]，后進行安裝試泵，此泵振動仍未降低，進行備泵運行，同時加急采購原廠的軸承箱。

3.5 更換泵軸、泵殼

因此泵的運行狀態(tài)為一開一備，每月的15號和30（31）號進行倒泵運轉(zhuǎn)，在試泵期間對泵體進行劃線做標(biāo)記，進行每班一次定點測振，觀察振動的波動情況，無擴大趨勢后，進行正常使用，并加強運行監(jiān)測。同時在原廠的新泵軸到貨時，利用機會對泵軸進行了更換，但振值未有明顯的變化，同時發(fā)現(xiàn)泵殼在運行期間流水沖刷嚴(yán)重，多次焊接均無法徹底消除并出現(xiàn)了裂紋現(xiàn)象，更換原廠泵殼。

3.6 更換新原廠軸承箱

2018年4月，待原廠的軸承箱到貨后，利用機會對軸承箱進行更換，更換前此泵的驅(qū)動端的水平振動已升至10.4 mm·s-1左右、垂直端為6.0 mm·s-1左右，負荷端水平振動已升至5.8 mm·s-1左右、垂直端為3.5 mm·s-1左右，更換新的原廠軸承箱后，兩軸承振動大，驅(qū)動端水平振動振值升至16 mm·s-1左右、垂直端為10 mm·s-1左右，溫度上漲快，5分鐘約45 ℃，并出現(xiàn)機組增漲現(xiàn)象，經(jīng)過多次拆裝與嘗試，發(fā)現(xiàn)采用新軸承箱振值不僅未降低，且多次上升，無法使用，為此仍換回原有軸承箱，驅(qū)動端水平振動穩(wěn)定至10 mm·s-1左右、垂直端為 6.0 mm·s-1左右，溫度20 ℃左右，長周期運行時振值無變化，經(jīng)試運行后長周期備泵。

3.7 國產(chǎn)軸承箱的嘗試

4月18日，經(jīng)過檢查與分析，懷疑為軸承損壞，拆檢更換前后軸承，振動稍有降低，水平方向 4.0 mm·s-1，垂直方向2.0 mm·s-1，但未達到以前的振動值。后進行復(fù)查對中，但振動未再降低。

3.8 更換新泵

因各項措施均無法消除此異常振動，為此加急采購了一臺同型號、同廠家的新泵，在此期間，正常運行時振值為：驅(qū)動端水平側(cè)10.4 mm·s-1左右、垂直端為6.0 mm·s-1左右。軸承故障時的振動為：驅(qū)動端水平側(cè)15.9 mm·s-1左右、垂直端為9.0 mm·s-1左右，故障周期約為半年一次。2019年5月份新泵到達，為保證新泵的運行質(zhì)量，減少裝配誤差，對新泵進行整體安裝，脫開舊泵進、出口法蘭和地腳等螺絲，采用整體更換新泵的方式，試運行時驅(qū)動端水平側(cè)30 mm·s-1左右、垂直端為15 mm·s-1左右，復(fù)查對中，調(diào)整靠背輪間隙，緊固泵體驅(qū)動端側(cè)三角支撐架，對電機進行檢查、更換等，驅(qū)動端水平側(cè)降低至15 mm·s-1左右、垂直端為8 mm·s-1左右，軸承溫度上漲較快，仍無法正常使用。

對水泵進出口管線進行檢查、測振，發(fā)現(xiàn)進出口管道振動較大，出口止回閥振值較大，對進出口法蘭進行脫開，并將泵安裝牢固，并與電機進行對中，發(fā)現(xiàn)進出口法蘭錯位嚴(yán)重，螺栓孔存在錯位、偏移，如果強行安裝，則存在較大的應(yīng)力無法消 除[5]。將進出口管線進行切割，先與泵體法蘭進行對眼安裝，后焊接進出口管道，焊接完畢后重新緊固進出口法蘭。再次對泵進行對中，試機后振值水平4 mm·s-1左右、垂直端為2 mm·s-1左右，運行正常，開始正常運行，運行周期約半年。

3.9 振動再次異常上升

2020年2月21日，點檢時發(fā)現(xiàn)兩臺冷凍水泵振動同時上升，現(xiàn)對3號泵進行檢修，3號泵電機聲音異常，驅(qū)動側(cè)水平振動上漲至6 mm·s-1，拆檢發(fā)現(xiàn)軸承損壞，更換軸承及機封[6]。試機聲音正常，振動4 mm·s-1，但與前期運行狀況相比，振值稍有上升趨勢。22日對4號泵進行拆檢，4號泵電機聲音異常，流量下降，振值上升至6 mm·s-1，更換前后軸承及機封，對中數(shù)據(jù)在10道以內(nèi)，試機后振值較大，上升至9 mm·s-1。懷疑泵頭內(nèi)部葉輪未裝牢固、或有剮蹭，泵頭內(nèi)部出現(xiàn)損壞等現(xiàn)象[7]，但拆檢后一切正常，先觀察運行。

2020年3月28日，4號泵泵體振動上升至 12 mm·s-1，對其進行更換軸承，同時檢查進出口管線，但安裝后振值仍無變化，只能繼續(xù)觀察運行。7月4日，發(fā)現(xiàn)3號泵泵體振動突然增大至40 mm·s-1，立即對泵進行檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器彈性墊損壞，更換聚氨酯彈性墊，同時對泵進行了拆檢，試運行正常。在后期倒泵中，發(fā)現(xiàn)4號泵出口閥內(nèi)漏較大，開關(guān)無反應(yīng)，4號泵停泵后出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，只能將4號泵進口閥關(guān)閉，但因壓力較高，泵前過濾器年限長，壁厚腐蝕造成殼體泄漏，為避免加劇，啟4號泵長期運行。

3.10 加固基座支撐

直至12月份短停小修，對4號泵進行更換出口閥和過濾器，檢查止回閥，因長期運行半年，對其例行拆檢，更換軸承和機封，但安裝后振值上升，上升至15 mm·s-1，對其進行復(fù)查，但未發(fā)現(xiàn)異常，再次更換泵頭，安裝前期的舊泵頭，試泵后未變化。因新過濾器體積較大，且未拆開檢查，懷疑新過濾器內(nèi)部堵塞，拆檢過濾器發(fā)現(xiàn)無異常，對進口管道進行檢查[8]，但因時間較短，公司內(nèi)窺鏡長度有限，在可及范圍內(nèi)未見異常，同時對水冷塔底部進行了清淤，均未發(fā)現(xiàn)異常。懷疑新過濾器較重，造成管道應(yīng)力，對泵體進出口管道法蘭脫開，發(fā)現(xiàn)無偏移等，使用螺旋千斤頂、枕木等對進口、出口管道進行支撐測試，發(fā)現(xiàn)振動稍有降低，但作用不大。對蝸殼、進口管道、出口管道、止回閥、泵體等各部位進行測振，發(fā)現(xiàn)振值均偏高，后對泵體底部基座及支撐進行檢查，發(fā)現(xiàn)基座震動較大，懷疑為年限較長，出現(xiàn)腐蝕減薄，降低了承受力[9]，對其使用鋼板做三角板進行加固，加固前后如圖1、圖2所示，加固后振值降低至10 mm·s-1，進行備泵。

圖2 加固前

圖2 加固后

3.11 更換梅花墊

公司前期使用的梅花墊大多為聚氨酯和橡膠材質(zhì)，后因聚氨酯較為耐磨，使用周期長，后期所購買的均以聚氨酯材質(zhì)為主，顏色為青綠色或黃綠色，硬度較大[10]，在其他動設(shè)備運行中，使用效果良好。4號泵在前期的維修過程中，也曾更換過各種材質(zhì)的梅花墊，但效果甚微。2021年3月29日，4號泵振動突然上升至19 mm·s-1，因前期新、老泵頭在使用過程中振值相同，為減少現(xiàn)場檢修時間，直接進行更換泵頭。同時經(jīng)與供貨商聯(lián)系，到貨了橙黃色的梅花墊，此梅花墊硬度低，材質(zhì)柔軟，彈性大，便對梅花墊進行了更換，試機后驅(qū)動端水平振值 3.8 mm·s-1，垂直振值1 mm·s-1，泵體振值正常，聲音正常，軸承溫度較低，長周期試運行，振值未出現(xiàn)變化。

4 結(jié)束語

1）雖然單級端吸離心泵結(jié)構(gòu)簡單，相比其他形式的離心泵而言，故障形式單一，故障原因便于發(fā)現(xiàn)和排查，但遇見特殊的振動現(xiàn)象時，往往是由多種因素組合而成，對于特殊的振動現(xiàn)象，必須逐步去排查和嘗試，盡早消除異常振動，可以減少設(shè)備的損壞程度。

2）此泵在維修期間，也曾換過不同的梅花墊，但均未達到理想狀態(tài)，且聚氨酯梅花墊在同種型號的泵中運行正常；同種型號的泵在正常運行中，會根據(jù)自身的運行情況而出現(xiàn)自身獨有的損傷，導(dǎo)致同一種梅花墊在同一型號的泵中不一定適用。

3） 材質(zhì)較軟的梅花墊受到擠壓易出現(xiàn)變形等現(xiàn)象，而材質(zhì)較硬的梅花墊，容易出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象，當(dāng)梅花墊出現(xiàn)擠壓變形、破碎等均會導(dǎo)致泵的振動突然增大，且上升較快，振值較高。

4）離心泵出現(xiàn)振動增大時，通常首先考慮的便是軸承是否損壞，對中是否完好，而更多的忽略梅花墊的因素。梅花墊的材質(zhì)與離心泵的振動息息相關(guān)，不同材質(zhì)的梅花墊，成分不同，硬度不同，彈性亦不同；即使同種材質(zhì)的梅花墊，所含的成分亦不同。使用不同材質(zhì)的梅花墊，同種工況下會產(chǎn)生不同的振值，選擇合適的梅花墊，有利于泵的長周期運行。

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Fault Analysis and Treatment of Chilled Water Pump in Air Separation Unit

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（Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China）

Centrifugal pump is one of the most widely used and numerous moving equipments in chemical production units. The failure form is relatively single, and the cause of the failure is easy to find and troubleshoot. However, if the failure is not found and handled in time, it will often evolve into a special failure phenomenon, which cannot be eliminated after repeating maintenance. Combined with the actual case of chilled water pump, the special vibration phenomenon for five years was briefly described, the fault causes and treatment measures were analyzed and summarized.

Air separation; Centrifugal pump; Vibration; Fault; Treatment measures

2021-08-02

王利聰（1989-），男，山東省金鄉(xiāng)縣人，工程師， 2021年畢業(yè)于青島理工大學(xué)，研究方向：化工機械。

TQ050.7

A

1004-0935（2022）03-0346-04