任新廣，胡雅男，苗海濱，李 剛，王香華，崔 濤

（中國石油大港石化公司，天津 300280）

0 引言

環(huán)管反應器軸流泵是大港石化公司年產(chǎn)10 萬噸的聚丙烯裝置的關鍵設備。新鮮丙烯進入第一環(huán)管反應器R201，聚合物漿液的密度通過調(diào)節(jié)該反應器的丙烯量控制。環(huán)管反應器結構簡單，采用低溫碳鋼材料。帶夾套的反應器直腿部分可作為反應器框架的支柱，降低了投資。采用冷卻夾套撤出反應熱，單位體積的傳熱面積大，環(huán)管反應器的總體傳熱系數(shù)高達1600 W（/m·2℃）。環(huán)管反應器內(nèi)的聚合物漿液使用軸流泵高速循環(huán)，流體流速達7 m/s，使聚合物漿液混合均勻，催化劑體系分布均勻，聚合反應條件容易控制而且可以控制得很精確，產(chǎn)品質(zhì)量均一，不容易產(chǎn)生熱點、不容易粘壁，軸流泵的能耗較低。軸流泵P201 安裝在環(huán)管底部水平位置，為介質(zhì)提供循環(huán)動力。軸流泵為裝置的關鍵設備，其運行穩(wěn)定性直接影響整個裝置的平穩(wěn)運行。

1 設備概況

聚合反應器R201 軸流泵P201，型號為AH10M，介質(zhì)為丙烯及其聚合物（70 ℃），沖洗方案為PLAN32+53C+52 系統(tǒng)。軸流泵結構如圖1 所示，外部軸承箱側為離線振動測量部位。

圖1 軸流泵結構

2 故障描述

2.1 DCS 監(jiān)測與控制

11 月1 日13：20，P201 沖洗丙烯（PLAN32）出現(xiàn)波動，由806 kg/h 降至485 kg/h，13：26 恢復至805 kg/h；P201 軸功率發(fā)生波動，13：20 由146.8 kW 升至155 kW，13：25 恢復至147.8 kW；P201 軸承箱垂直方向振動波動（圖2）。

圖2 DCS 趨勢圖

發(fā)現(xiàn)沖洗丙烯量發(fā)生波動后，結合軸功率的變化，判斷在沖洗口處發(fā)生聚合反應，為防止聚合物聚集采取措施：①調(diào)整沖洗量，由原來的800 kg/h 提高至850 kg/h（11 月1 日波動后，未再發(fā)生波動）；②加強對泵軸功率的監(jiān)控（軸功率11 月1 日波動后，未再發(fā)生波動）；③對泵體加強狀態(tài)監(jiān)測（監(jiān)測發(fā)現(xiàn)軸承箱垂直方向振動緩慢上升）。

2.2 離線外部軸承箱側振動監(jiān)測

11 月1 日外部軸承箱側垂直方向振動值由1.5 mm/s 升高至2.5 mm/s，11 月5 日監(jiān)測發(fā)現(xiàn)P201 外部軸承箱側垂直方向振動值4.5 mm/s，6 日試運時監(jiān)測振動值5.09 mm/s?，F(xiàn)場有明顯雜音。

3 振動頻譜分析

（1）軸流泵側軸承支撐結構：葉輪側為滾動軸承NU1022，其故障特征頻率見表1；外側軸承箱為滑動軸承。

表1 NU1022 軸承故障特征頻率（轉速頻率按24.96 Hz 計算）

如圖3～圖5 所示，測試頻譜分析成分復雜，主要體現(xiàn)在：①轉速24.96 Hz的頻率成分及其倍頻；②230.2 Hz 頻率成分及其倍頻；③230.2 Hz 及460.3 Hz 的轉速頻率24.96 Hz 邊帶頻率。經(jīng)計算分別為NU1022 滾動體特征頻率115.1 Hz 的2 倍及4 倍頻率。

圖3 230.2 Hz 頻率成分及其倍頻，大量24.96 Hz 邊帶頻率

圖4 460.3 Hz 頻率成分及24.96 Hz 轉速邊帶

圖5 24.96 Hz 頻率成分及其倍頻

（2）分析與討論：振動測試部位在外側軸承箱位置，該處為軸瓦支撐結構，一般情況下該部位出現(xiàn)故障會產(chǎn)生轉速24.96 Hz的頻率成分及其倍頻，大量的非轉速頻率成分的出現(xiàn)，再結合軸承特征頻率計算，判斷為葉輪處NU1022 軸承滾動體故障。

4 拆檢及維修處理情況

拆檢NU1022 軸承故障與振動頻譜分析一致。

（1）介質(zhì)側機封丙烯沖洗唇封處存在聚合物（圖6）。

圖6 介質(zhì)側機封丙烯沖洗唇封處存在聚合物

（2）葉輪側軸承NU1022 滾動體局部損傷及軸承內(nèi)圈局部表面輕微脫落（圖7）

圖7 滾動體局部損傷及內(nèi)圈局部表面輕微脫落

（3）密封油帶水，油路焊口有水跡（圖8）。

圖8 密封油帶水，油路焊口有水跡

處理措施：①更換介質(zhì)側機封軸承，大氣側機封；②對沖洗丙烯管口進行檢查，確認其通暢；③對密封油路進行油洗，對油冷器進行試壓堵漏。

5 檢修后振動監(jiān)測情況

檢修后于11 月8 日軸流泵P201 啟動，檢測各點振動正常，密封油壓及油位穩(wěn)定。振動最大為泵驅(qū)動端水平方向0.8 mm/s。且軸承故障頻率230.2 Hz、460.3 Hz 等特征頻率消失（圖9）。

圖9 檢修后24.96 Hz 頻率成分及其倍頻

6 分析與討論

由于該部位離振動測試部位較遠，判斷起來有一定難度和風險，修理需要停工，但如果是軸承故障就有可能抱軸導致故障擴大或進一步發(fā)展成事故的風險。拆檢發(fā)現(xiàn)聚丙烯漿料進入機封沖洗唇封處，并在此堆積，與軸發(fā)生摩擦，軸運行平衡被破壞后，葉輪側支撐的圓柱滾子軸承產(chǎn)生故障。

（1）軸流泵側振動異常原因及改進措施。11 月1 日，機封沖洗丙烯量突然下降，導致少量聚丙烯漿料進入機封沖洗唇封處，并在此堆積，與軸發(fā)生摩擦，軸運行平衡被破壞后，對主要對軸起徑向支撐的圓柱滾子軸承轉動部件產(chǎn)生沖擊，造成一定缺陷。在軸承的周期運行下，缺陷不斷變大，泵的振動值逐漸上升。

改進措施：提高P200 沖洗丙烯量至450 kg/h，P201、P202沖洗丙烯量至900 kg/h。

（2）PLAN53C 系統(tǒng)密封油帶水問題及改進措施。循環(huán)水通過油冷器密封油進行冷卻，正常運行期間，密封油壓力為4.0 MPa，循環(huán)水壓力0.6 MPa，但當反應器降壓時密封油壓會降至0.6 MPa左右，循環(huán)水從焊口進入密封油中。

改進措施：反應器降壓時，將密封油系統(tǒng)隔離壓力改為1.0 MPa，使密封油和循環(huán)水存在一定壓差。

7 結語

對于振動分析不能直接測量的管線內(nèi)的支撐軸承，可通過測量外置軸承箱部位振動值來判斷。軸承故障產(chǎn)生振動通過轉子長軸傳導到外置軸承箱部位，再進一步通過振動頻譜分析得到驗證。本次案例可為今后狀態(tài)監(jiān)測工作提供一定的參考。