紀(jì)向宇，彭 偉

（陜西延長中煤榆林能源化工股份有限公司，陜西 榆林 718500）

0 引言

化工廠空分裝置預(yù)冷系統(tǒng)中，通常要利用離心泵設(shè)備將水冷塔中經(jīng)與氮?dú)鈸Q熱的冷凍水，泵至冷水機(jī)組中進(jìn)行換熱制冷，再流至空冷塔中部向下噴流，將塔內(nèi)上升熱空氣進(jìn)行制冷換熱，從而有效控制空冷塔內(nèi)部溫度。因此基于該離心泵制冷換熱功能也被稱為冷凍水泵，冷凍水泵設(shè)備的平穩(wěn)運(yùn)行決定著空冷塔換熱效率以及空分裝置的運(yùn)行負(fù)荷。本文所研究化工廠冷凍水泵因設(shè)備老化，檢測(cè)振幅不斷增大，經(jīng)多次檢修處理才將振動(dòng)故障消除。

1 工程案例分析

該化工廠應(yīng)用冷凍水泵為單級(jí)端吸臥式離心泵，選用型號(hào)KCP100X65-250，采用單端面機(jī)械密封形式，主要參數(shù)見表1，機(jī)械結(jié)構(gòu)如圖1 所示。該型號(hào)產(chǎn)品特點(diǎn)在于符合ISO2858、ISO9908 國際標(biāo)準(zhǔn)，與其它產(chǎn)品具備互換性，同時(shí)泵體采用蝸殼形式，效能較高；葉輪與泵軸采用圓錐面結(jié)合形式，配合精度強(qiáng)度較高，便于維護(hù)；零件構(gòu)成通用化互換性程度高，便于零件更換維修工作。化工廠應(yīng)用兩臺(tái)該型號(hào)冷凍水泵，由三相異步電機(jī)驅(qū)動(dòng)，于2007 年投入使用，一用一備。

圖1 離心泵機(jī)械結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖

表1 KCP100X65-250 離心泵設(shè)備主要運(yùn)行參數(shù)表

該化工廠兩臺(tái)冷凍水泵設(shè)備，隨著使用年限延長及設(shè)備老化問題，振動(dòng)現(xiàn)象逐漸趨于頻繁。在每年檢修過程中，檢測(cè)水泵驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)范圍3 mm/s，垂直范圍2 mm/s，負(fù)荷端兩方向分別為1.4、1 mm/s，設(shè)備總體運(yùn)行狀態(tài)良好。在2017 年4 月巡檢過程中發(fā)現(xiàn)，2 號(hào)泵驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)突然升高，兩方向振動(dòng)范圍達(dá)到5、2.8 mm/s，檢修工作完成后至今，該泵振動(dòng)值開始不斷增加。

2 故障分析及處理過程

2.1 軸承拆檢及復(fù)查對(duì)中

2017 年4 月經(jīng)首次巡檢維修工作分析，將冷凍水泵故障原因確定為由軸承損壞引起，通過拆換軸承部件后振動(dòng)值明顯降低，兩方向振動(dòng)范圍降至4.0、2.0 mm/s，但不及原先正常水平。同時(shí)對(duì)泵軸進(jìn)行復(fù)查對(duì)中，振動(dòng)范圍依舊保持不變，因此決定重新裝配軸承配件，由于采用火焰加熱法進(jìn)行軸承配件安裝，在加熱過程中可能因軸承受熱不均發(fā)生損壞，因此再次進(jìn)行軸承拆檢工作，并對(duì)水泵振動(dòng)情況進(jìn)行分析。但完成上述操作后，振動(dòng)值并未下降，因此判定振動(dòng)故障與軸承部件無關(guān)。

2.2 電機(jī)及主軸故障分析

由于上述對(duì)水泵拆檢多次后振動(dòng)值并未顯著變化，因此判斷可能泵電機(jī)出現(xiàn)問題，因此更換電機(jī)后進(jìn)行了測(cè)試運(yùn)轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)水泵振動(dòng)范圍并未下降，泵體溫度保持50 ℃左右趨于平穩(wěn)，設(shè)備運(yùn)行正常。待2018 年2 月，冷凍水泵再次出現(xiàn)振動(dòng)值大幅增長現(xiàn)象，此時(shí)兩方向振動(dòng)范圍監(jiān)測(cè)值達(dá)到8.0、3.8 mm/s。此次拆檢工作仍然進(jìn)行了軸承部件更換，同時(shí)利用百分表及V 型鐵對(duì)泵軸進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)跳動(dòng)值符合要求，未發(fā)生彎曲。將拆換軸承后的水泵進(jìn)行振動(dòng)值檢測(cè)發(fā)現(xiàn)故障依然存在，因此決定更換軸承批次，將原先驅(qū)動(dòng)端6308-2RS1 型號(hào)軸承更換為6308-2Z/C3，同樣負(fù)載端6309-2RS1 型號(hào)軸承更換為6309-2Z/C3，經(jīng)測(cè)試運(yùn)行后振動(dòng)故障仍存在，振動(dòng)值無顯著變化，因此排除軸承引發(fā)振動(dòng)影響。通過對(duì)泵軸磨損現(xiàn)象進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，于泵軸驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承孔出現(xiàn)磨損，原因是軸承箱的軸承內(nèi)孔尺寸與正常值相比大0.5 mm。由于該軸承箱為鑄鐵材質(zhì)無法進(jìn)行焊接加工，因此將該軸承孔進(jìn)行打麻點(diǎn)處理，安裝軸承后進(jìn)行振動(dòng)值測(cè)試，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值仍未變化[1]。

2.3 泵殼及軸承箱拆卸更換

兩臺(tái)冷凍水泵一用一備運(yùn)行，于每月15 日和30日進(jìn)行倒泵運(yùn)轉(zhuǎn)，通過劃線標(biāo)定，對(duì)每班設(shè)備振動(dòng)情況進(jìn)行檢測(cè)，若振動(dòng)值無明顯增大趨勢(shì)，便可繼續(xù)投入使用。由于泵殼在多年流水沖刷作用下逐漸出現(xiàn)裂紋，焊接修補(bǔ)效果較差，因此進(jìn)行了原廠泵殼更換。同時(shí)于2019 年4 月，更換了原廠軸承箱，更換前檢測(cè)到兩方向振動(dòng)值范圍分別達(dá)到10.4、6.0 mm/s，而更換后由于軸承振動(dòng)增大，檢測(cè)到振動(dòng)值更是積聚增加至16、10 mm/s，因此決定更換回原有軸承箱，通過檢測(cè)發(fā)現(xiàn)振動(dòng)值又恢復(fù)至10 mm/s 左右。同時(shí)于4 月中旬拆換了軸承件，并進(jìn)行復(fù)查對(duì)中處理，水泵振動(dòng)值又下降至4 mm/s 左右。

2.4 加固基座支撐及梅花墊更換

于2021 年12 月對(duì)水泵出口閥及過濾器進(jìn)行更換，同時(shí)對(duì)止回閥進(jìn)行了檢查，由于長期運(yùn)行狀態(tài)下拆檢零部件，導(dǎo)致水泵振動(dòng)值增加至15 mm/s，經(jīng)多次復(fù)查也未發(fā)現(xiàn)異常情況。因此認(rèn)為可能是過濾器配件過重，導(dǎo)致內(nèi)部管路壓力過大，對(duì)水泵進(jìn)出口法蘭脫除后，并未發(fā)現(xiàn)偏移現(xiàn)象，同時(shí)利用枕木、千斤頂?shù)戎谓Y(jié)構(gòu)對(duì)進(jìn)出口管路進(jìn)行臨時(shí)支撐，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)范圍略微下降，但并不顯著[2]。同時(shí)通過對(duì)水泵多部位進(jìn)行臨時(shí)支撐振動(dòng)測(cè)試，最后發(fā)現(xiàn)基座處影響效果較大，最后對(duì)水泵基座進(jìn)行了三角板加固支撐，效果如圖2所示，完成加固支撐后，振動(dòng)值下降至10 mm/s。

圖2 基座三腳架加固效果示意圖

該化工廠所用梅花墊材質(zhì)大多為聚氨酯或橡膠，由于前者耐磨性能好，使用年限更久，因此后期采購?fù)ǔＲ杂捕容^大的聚氨酯材料梅花墊為主。在2 號(hào)泵檢修過程中，也更換過梅花墊材質(zhì)，但效果較差。于2022 年3 月，水泵振動(dòng)值突然增至19 mm/s，為不影響正常生產(chǎn)工作，直接進(jìn)行了更換泵頭處理，同時(shí)首次采用了橙黃色材質(zhì)較軟，彈性大的梅花墊，經(jīng)過裝機(jī)測(cè)試后發(fā)現(xiàn)，驅(qū)動(dòng)端兩方向振動(dòng)值大幅下降，僅為3.8、1 mm/s，同時(shí)檢測(cè)泵體溫度較低，聲音正常，在后續(xù)試運(yùn)行過程中，振動(dòng)值也未發(fā)生變化。

3 檢修工作總結(jié)

通過上述化工廠空分裝置中冷凍水泵裝置的振動(dòng)故障分析過程及處理方法，經(jīng)過長達(dá)5 年的維修經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出如下規(guī)律：

1）該KCP100X65-250 型號(hào)單級(jí)端吸臥式離心泵，與其它類型離心泵相比，故障形式單一，更易于故障定位檢修，但其發(fā)生振動(dòng)故障現(xiàn)象的原因卻是多方面的，因此需要結(jié)合實(shí)際振動(dòng)現(xiàn)象，進(jìn)行逐級(jí)排查工作，消除振動(dòng)故障，避免發(fā)生設(shè)備損壞。

2）在離心泵設(shè)備維修過程中進(jìn)行過其它材質(zhì)梅花墊更換，但振動(dòng)消除效果較差，同時(shí)聚氨酯梅花墊在同型號(hào)泵中的運(yùn)行狀態(tài)正常。因此分析同型號(hào)泵在運(yùn)行過程中會(huì)因自身情況出現(xiàn)不同類型的損傷，從而使同材質(zhì)梅花墊在離心泵中出現(xiàn)不適用現(xiàn)象[3]。

3）材質(zhì)較硬的梅花墊使用過程中更易發(fā)生破碎，材質(zhì)較軟的梅花墊在使用過程中更易發(fā)生擠壓變形，兩種現(xiàn)象均會(huì)導(dǎo)致離心泵的振動(dòng)增大現(xiàn)象。

4）當(dāng)離心泵出現(xiàn)振動(dòng)異常時(shí)，首先需要考慮軸承的磨損損壞故障，以及是否對(duì)中，梅花墊通常為次要因素。在進(jìn)行梅花墊選材時(shí)，其材質(zhì)的好壞包括硬度、彈性上的差異，通常會(huì)對(duì)離心泵的振動(dòng)效果產(chǎn)生很大影響。即同種材質(zhì)梅花墊所含組分也不相同，不同材質(zhì)梅花墊，在同種工況下產(chǎn)生的振動(dòng)值存在顯著差別。因此合理選用梅花墊，有利于離心泵設(shè)備的長期平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)語

化工廠冷凍水泵因設(shè)備老化使用年限較長，導(dǎo)致出現(xiàn)驅(qū)動(dòng)側(cè)異常振動(dòng)問題，如不及時(shí)檢修，會(huì)導(dǎo)致泵組設(shè)備運(yùn)行故障。本文結(jié)合實(shí)際冷凍水泵振動(dòng)故障現(xiàn)象，對(duì)泵組振動(dòng)故障成因及解決措施進(jìn)行分析，并對(duì)長期以來的檢修工作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，提出一套冷凍水泵振動(dòng)故障的維修經(jīng)驗(yàn)規(guī)律，為該設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)工作提供參考借鑒。