楊 林 蘭云霞 劉 煊 王林松 劉 超

(中國石油西南油氣田川東北作業(yè)分公司，四川成都，610021)

1 引言

某高含硫天然氣項目是中國陸上最大的天然氣合作項目，投產(chǎn)后，在天然氣供應中起到重要作用。由于原料天然氣酸性組分濃度高的實際情況，造成機泵類動設備工況惡劣，嚴重影響機泵健康狀態(tài)及使用壽命，在裝置運行過程中，多次造成突發(fā)性故障導致安全風險及裝置停產(chǎn)事故。項目主要有B集氣站、A井場、C井場、凈化廠和硫磺廠等場站，機泵內(nèi)設備數(shù)量較多，共有各類動設備500余臺。機泵類主要有出離心泵、隔膜泵、往復泵、送風機、空冷風機、空壓機、蒸汽透平和水力透平等。項目長期存在部分機泵無法使用，如凈化廠半貧砜胺液泵透平因設備調(diào)試不合格導致泵不能投入運行，僅電機泵單臺運行，無備用泵嚴重影響裝置運行可靠性。機泵故障頻繁導致檢維修工作任務繁重，備品備件費用居高不下。因?qū)收蠙C泵損壞原因判斷不到位，造成機泵返修、過度維修事故頻發(fā)。為提高機泵運行可靠性，項目引入了專業(yè)的第三方進行動設備振動監(jiān)測，應用離線振動監(jiān)測和故障診斷技術對現(xiàn)場機泵進行周期性巡檢，掌握機泵運行狀況變化趨勢。

旋轉(zhuǎn)機械在運行過程中會由于工藝條件變化、機械本身問題等原因產(chǎn)生振動，當工藝運行條件發(fā)生改變或者旋轉(zhuǎn)機械出現(xiàn)故障時振動的幅度、頻率和方向等信息會發(fā)生變化。因此可以利用振動信息的變化來監(jiān)測旋轉(zhuǎn)機械的運行狀況，通過專業(yè)的監(jiān)測工具對振動信號進行采集、存儲，再經(jīng)過專用分析軟件對采集數(shù)據(jù)進行分析，結(jié)合工藝運行條件和旋轉(zhuǎn)設備本身的結(jié)構(gòu)特點，就能夠?qū)φ駝幼兓脑蜻M行分析判斷[1,2]，從而對設備運行狀態(tài)作出診斷。振動監(jiān)測的內(nèi)容包含狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷和故障預測三個方面，其具體的實施過程可以歸納為4個方面：①信息采集；②信號處理；③狀態(tài)識別；④診斷決策，診斷過程如圖1所示。

圖1 設備診斷過程

對旋轉(zhuǎn)設備而言，絕大多數(shù)設備故障都是與機械振動密切相關的。振動狀態(tài)監(jiān)測具有直接、故障類型覆蓋范圍廣的特點。通過對機泵類動設備進行狀態(tài)監(jiān)測，及時有效地進行預知性維護檢修，保證機泵處于穩(wěn)定運行狀態(tài)，進而保障裝置的平穩(wěn)運行。

2 機泵振動監(jiān)測管理

2.1 機泵振動監(jiān)測分級

對動設備狀態(tài)監(jiān)測按設備重要度進行分級管理，保證關鍵動設備監(jiān)測頻率。由于作業(yè)區(qū)動設備較多，在役年限較長，工藝條件等影響，部分動設備故障率較高，而狀態(tài)監(jiān)測管理人員及承包商人員相對較少。因此主抓關鍵少數(shù)，根據(jù)動設備對工藝流程的影響、維修特性、安全性及經(jīng)濟性將動設備分為A、B、C、D四類，如圖2所示，分別對應不同的狀態(tài)監(jiān)測策略，A、B、C類按不同監(jiān)測周期進行定期巡檢監(jiān)測和按需監(jiān)測，D類只進行按需監(jiān)測。

圖2 設備重要度影響因素

A類動設備包括主體裝置此類工藝流程機泵：即一旦運行機泵發(fā)生故障停機，而備用機泵未及時啟運，會造成整個工藝單元發(fā)生聯(lián)鎖關停的機泵；以及維修困難、工作量相對較大的功率大于 500kW的多級離心泵組。

B類動設備包括此類工藝流程機泵：即一旦運行機泵發(fā)生故障停機，而備用機泵未及時啟運，會造成整個工藝單元工藝狀況發(fā)生波動，不會造成整個工藝單元聯(lián)鎖關停的機泵；以及功率在100kW至500kW之間的多級離心泵和鍋爐風機、空壓機、循環(huán)水泵等。

C類動設備包括裝置中其他一些短時間故障停機不影響工藝生產(chǎn)的小型機泵。

D類動設備主要是工藝流程中無需連續(xù)運行的動設備。

2.2 機泵振動監(jiān)測周期

根據(jù)機泵數(shù)量、分級情況并結(jié)合人力資源情況，將A類機泵振動監(jiān)測周期定為每周一次；B類機泵振動監(jiān)測周期定為每半月一次；C類機泵振動監(jiān)測周期定為每月一次。振動監(jiān)測管理崗制定月度計劃，根據(jù)機泵振動監(jiān)測周期，具體指定每日工作內(nèi)容。

2.3 臨時性機泵振動監(jiān)測

臨時性機泵振動監(jiān)測主要有3個方面：一是現(xiàn)場操作人員發(fā)現(xiàn)機泵運行有異?，F(xiàn)象，需要通過專業(yè)的振動監(jiān)測進一步分析判斷；二是機泵檢修后啟機，對其進行專業(yè)的振動監(jiān)測，判斷維修效果；三是大型機泵長時間停運后啟機，通過專業(yè)的振動監(jiān)測，了解其運行狀況。

2.4 機泵振動監(jiān)測報告

機泵進行振動監(jiān)測，現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)完成后，振動分析師對采集數(shù)據(jù)進行分析，根據(jù)分析結(jié)果判斷監(jiān)測時機泵運行狀態(tài)，依次分為正常、注意、預警和報警4個等級，如表1所示。除正常狀態(tài)只記錄機泵振動測點的振動數(shù)值外，其余3個等級均需結(jié)合現(xiàn)場實際情況對采集的數(shù)據(jù)進行振動頻譜分析，給出診斷結(jié)果及建議措施。機泵振動監(jiān)測報告經(jīng)機械可靠性工程師審核后，及時將監(jiān)測結(jié)果反饋給工藝管理及檢維修管理人員，他們再根據(jù)生產(chǎn)及維修資源情況對建議措施進行響應。

表1 機泵狀態(tài)監(jiān)測報告表

3 根本原因分析

3.1 貧砜胺液泵振動報警值、聯(lián)鎖值變更

低壓貧砜胺液泵P-070601-2A啟運后，在線振動監(jiān)測報警，泵振動報警值是5mm/s，聯(lián)鎖值是7mm/s。該泵為BB2型泵，設計流量460m3/h、揚程178m、功率350kW、轉(zhuǎn)速2980rpm，工藝介質(zhì)溫度128℃。現(xiàn)場采用振動分析儀復核振動數(shù)值，驅(qū)動端為5.5mm/s、非驅(qū)動端為5.8mm/s，經(jīng)振動頻譜分析并結(jié)合工藝參數(shù)和現(xiàn)場實際情況開展根本原因分析，診斷該離心泵存在氣蝕現(xiàn)象，泵內(nèi)部口環(huán)有輕微磨損，兩端軸承狀態(tài)良好，在監(jiān)控下可長期運行。查閱該泵歷史檢修記錄，這種狀態(tài)下該泵拆卸檢查無明顯機械故障。因此，參照ISO 10816-3《在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機器的機械振動》[3-5]，判斷該泵振動(警報/聯(lián)鎖)設定值過于謹慎，對其進行變更管理，將振動(警報/聯(lián)鎖)值分別變更為6 mm/s 、9mm/s。

貧砜胺液泵P-070601-2A振動報警、聯(lián)鎖值變更后，能夠保持壓力、流量平穩(wěn)運行，且經(jīng)過一段時間運行后兩端軸承振動降為4.5mm/s左右，如圖3所示。通過振動監(jiān)測診斷，避免了該泵過早進行維護，減少了維護和運營成本。

圖3 低壓貧砜胺液泵P-070601-2A振動數(shù)據(jù)趨勢

3.2 尾氣風機軸承箱振動偏高跟蹤處理

尾氣風機KT-070901-3A用于向尾氣灼燒爐提供助燃空氣。進行周期性振動監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)軸承箱驅(qū)動端軸向測點振動速度值超過4mm/s，查閱該風機歷史數(shù)據(jù)，正常運行振動值約1mm/s。經(jīng)振動分析，頻譜頻率成分為1倍轉(zhuǎn)頻及其倍頻，可見旋轉(zhuǎn)松動特征，針對此類懸臂式離心風機，診斷該軸承箱滾動軸承磨損致軸承游隙擴大，在監(jiān)控下可繼續(xù)運行一段時間。結(jié)合持續(xù)跟蹤監(jiān)測情況，利用風機臨停機會進行檢修，證實該軸承箱驅(qū)動端軸承6215/C3內(nèi)、外圈滾道存在明顯磨損，如圖4所示。尾氣風機經(jīng)更換軸承處理后，啟機運行振動監(jiān)測驅(qū)動端軸向測點振動值0.9 mm/s，恢復正常。

圖4 軸承內(nèi)、外圈滾道存在明顯磨損

3.3 半貧砜胺液泵透平升速啟機共振

現(xiàn)場啟動半貧砜胺液泵透平進行調(diào)試，振動監(jiān)測發(fā)現(xiàn)3臺半貧液泵透平轉(zhuǎn)速在1800rpm左右均表現(xiàn)共振現(xiàn)象，其中一臺半貧砜胺液泵透平振動值超過100μm，另外兩臺分別為54μm和72μm，而透平振動報警值是64μm，聯(lián)鎖值是100μm，導致該透平無法啟運達到規(guī)定轉(zhuǎn)速。經(jīng)振動分析頻譜頻率成分為1倍轉(zhuǎn)頻及其倍頻，與汽輪機葉輪激振頻率發(fā)生共振，振動值最大的透平驅(qū)動端軸承垂直方向振動沖擊明顯高于其他兩臺。經(jīng)過根本原因分析，診斷該透平驅(qū)動端軸瓦間隙過大，導致支承剛度偏低，共振效應被顯著放大。經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)該透平驅(qū)動端軸瓦間隙為0.35mm，而正常間隙值為0.185mm —0.25mm，經(jīng)更換軸瓦后啟機成功。

從以上實際案例可以看出，通過周期性的狀態(tài)監(jiān)測，能夠較為及時發(fā)現(xiàn)機泵早期故障，經(jīng)過對機泵故障進行根本原因分析，能夠指導機泵的運行管理及檢維修工作[7-9]，在滿足工藝穩(wěn)定運行的條件下避免對機泵的早期維修和過度維修，提高了機泵運行可靠性。

4 持續(xù)提升機泵振動監(jiān)測

4.1 開展機泵振動故障核實驗證工作

跟蹤振動監(jiān)測發(fā)現(xiàn)故障問題機泵的檢修，用故障機泵拆檢暴露出的故障問題來核實驗證振動監(jiān)測分析的診斷，完善到機泵振動監(jiān)測報告內(nèi)容中。

4.2 引進機泵預知性智能維護系統(tǒng)

僅依賴于振動分析師定期對機泵進行振動監(jiān)測巡檢，憑借經(jīng)驗判斷機泵故障原因及部位，由于機泵數(shù)量極大，遠遠不能滿足機泵分析診斷的需求，往往會造成不能及時發(fā)現(xiàn)機泵故障；同時作為高含硫天然氣項目，機泵振動監(jiān)測人員長期在高風險的裝置區(qū)作業(yè)，增加了安全風險。

引進機泵預知性智能維護系統(tǒng)指導現(xiàn)場機泵運行維護管理能夠做到對大量機泵進行實時狀態(tài)監(jiān)測，相對于依靠振動分析師定期對機泵逐臺進行振動監(jiān)測巡檢，既減少了人員長時間暴露于高風險區(qū)域的風險，機泵的狀態(tài)監(jiān)測也更加全面[10-12]。根據(jù)項目實際情況，可優(yōu)先選擇部分各具代表性的機泵安裝傳感器，測試機泵預知性智能維護系統(tǒng)運行效果并收集機泵故障模型。

5 總結(jié)

通過開展基于振動監(jiān)測的機泵預知性維護優(yōu)化管理，實現(xiàn)了對項目機泵類動設備的振動監(jiān)測動態(tài)管理，及時發(fā)現(xiàn)處理異常機泵，實現(xiàn)了提高機泵完好率到99% 以上，解決了蒸汽透平驅(qū)動泵長期不能投用，機泵故障率高的問題，促進了高含硫天然氣項目機泵的穩(wěn)定安全運行。通過開展機泵的振動監(jiān)測動態(tài)管理與機泵運行、維護、更新相結(jié)合，探索創(chuàng)新高含硫天然氣項目機泵管理模式，形成具體管理程序指導機泵運行維護管理工作。