輸油泵運行振動超高故障處理

摘要：本文主要闡述對輸油泵運行振動超高故障的檢維修過程。通過動設備狀態(tài)監(jiān)測手段進行深入分析，采取葉輪切削方式改變離心泵流體動力激振狀態(tài)，從而改善離心泵運行振動超高問題。

關(guān)鍵詞：輸油泵；振動；狀態(tài)監(jiān)測；葉輪切削

概述

中國石化華南成品油長輸管道主要采用德國魯爾泵（RUHRPUMPEN）作為輸油主輸泵，首站共4臺主輸泵，2臺小泵和2臺大泵依次串聯(lián)，編號分別為4#、5#、6#、7#。其中6#主輸泵長期存在輸送汽油工況下振動超高問題，其在工藝流程中為串聯(lián)第3臺泵，泵型為ZM IP 480/03，按API610（第11版）泵分類屬于BB1型水平臥式軸向剖分單級雙吸泵，滾動軸承非強制潤滑。該泵額定流量780m？/h、額定揚程300m、轉(zhuǎn)速2980r/min，工頻運行。現(xiàn)場振動監(jiān)測采用加速度振動傳感器，驅(qū)動端（DE）和非驅(qū)動端（NDE）均為垂直振動測量，測量點為徑向軸承座上部。

故障現(xiàn)象

在汽油工況下輸送流量為400m？/h時，現(xiàn)場測量6#泵NDE端振動值：垂直9.2mm/s、水平5.2mm/s、軸向3.6mm/s；DE端振動值：垂直3.2mm/s、水平2.4mm/s、軸向2.9mm/s。在與其它泵聯(lián)運狀態(tài)下，NDE端垂直振動最高達12.5mm/s。根據(jù)《泵的振動測量與評價方法》（JB/T 8097-1999）第4.2條內(nèi)容規(guī)定，按泵中心高和轉(zhuǎn)速將泵分為四類來評價泵的振動級別，該泵屬于第三類泵（1800 r/min﹤轉(zhuǎn)速﹤4500 r/min，中心高>550 mm），振動級別A、B、C、D四級，D級為不合格（振動值﹥7.10mm/s），該泵振動在不合格區(qū)域，需要停車檢修。

檢修過程

故障排查

在對6#泵開泵蓋前對泵進行外觀初步檢查和檢測，檢測泵軸與電機軸同心度正常，DE和NDE端機械密封泄漏量正常（10滴/min內(nèi)），但止推軸承溫度在高報警臨界值附近（90℃）。因為泵故障已經(jīng)顯露，當時未再做早期故障診斷，所以編制檢修方案時未考慮狀態(tài)監(jiān)測手段進行定性分析，而是直接采取開蓋檢查故障點并處理。

開泵蓋后發(fā)現(xiàn)：葉輪與軸配合部松動，軸葉輪安裝位置存在明顯磨損，但葉輪無沖蝕情況；葉輪鎖緊螺母松動，且外周磨損嚴重；葉輪口環(huán)和殼體口環(huán)均磨損，殼體口環(huán)與葉輪口環(huán)配合部局部周向磨損，且存在細小沖蝕孔，殼體口環(huán)內(nèi)端面存在魚鱗狀沖蝕帶。根據(jù)以往泵檢修經(jīng)驗，以上情況為轉(zhuǎn)子正常使用磨損，一般不是泵運行振動超高的主導因素。

拆松泵進出口法蘭連接螺栓，檢查自由狀態(tài)下法蘭配對情況，發(fā)現(xiàn)泵進口管法蘭比泵進口法蘭高6mm，泵出口法蘭比泵出口管線法蘭高3mm，水平無偏差。故泵進口配對法蘭配合超差較大（標準≤2mm），初步判斷進出口管帶應力安裝或泵基礎安裝偏差。

對泵水平中分面進行水平度檢測，使用量程200mm、分度值0.02mm/m的框式水平儀和塞尺進行測量，泵端軸向加0.23 mm塞尺使水平儀平衡，即軸向水平度偏差1mm/m；泵端徑向進口側(cè)加0.25mm塞尺使水平儀平衡，即徑向水平度偏差1.40mm/m。對泵基礎地腳水平度進行復測，數(shù)據(jù)與中分面一致，即泵基礎存在安裝偏差（GB50275標準值為0.02mm/m）。

前期故障處理

針對6#泵轉(zhuǎn)子磨損問題，更換了除葉輪外全套轉(zhuǎn)子部件，并按G2.5級重新進行動平衡調(diào)整，恢復原有各間隙配合精度，更換了NDE端、DE端徑向軸承和止推推軸承。針對泵基礎偏差問題，綜合輸油生產(chǎn)影響、施工安全和可行性等因素，最終采取在泵地腳加特制墊鐵的調(diào)整方案。根據(jù)水平度測量數(shù)據(jù)，在每個泵腳增加一塊基礎厚度為2㎜的斜角墊鐵，斜角比例由現(xiàn)場水平儀數(shù)據(jù)選定。現(xiàn)場安裝過程中根據(jù)實時水平測量數(shù)據(jù)進行手工研磨調(diào)整，最終使地腳墊片達到0.02mm/m精度要求。再將下泵體坐至墊鐵上復測泵體中分面水平度，邊固定地腳螺栓邊測量水平度變化，待螺栓完全緊固且水平度符合要求后，點焊固定墊鐵防止竄動。

采用狀態(tài)監(jiān)測分析手段

經(jīng)過轉(zhuǎn)子檢修和基礎調(diào)整后，6#泵單泵和多泵聯(lián)運試運行仍存在NDE端垂直振動超高現(xiàn)象，最高達12.0mm/s，振動無明顯改善。說明6#泵振動超高與基礎安裝偏差也無明顯關(guān)系。該泵長時間工作點在API610規(guī)定的最優(yōu)工作區(qū)邊緣，初步判斷工作點與該泵流體動力激振點重合。采用狀態(tài)監(jiān)測手段對該泵進行深入分析，分別在汽油和柴油工況下進行監(jiān)測，但由于工況流量調(diào)節(jié)范圍有限，無法實現(xiàn)泵性能曲線全區(qū)域監(jiān)測，但通過出站調(diào)節(jié)閥37%-75%緩慢調(diào)節(jié)觀察，流量變化對振動影響較小。本次測點選在軸承箱外側(cè)垂直、水平、軸向三個方向。

柴油工況下振動無異常這里不做分析。在汽油工況下（500m？/h）從振動頻譜分析得到振動主要分布于NDE端垂直方向，由5倍頻（249.5Hz）占主導；1、2、3、4倍頻幅值在輸送汽油和柴油時均較小，可判斷轉(zhuǎn)子不存在軸向力不平衡及偏心問題（如圖1）。

由于單級葉輪為5片葉片，5倍頻即為葉輪通過頻率，葉輪通過頻率是由葉輪與蝸殼之間的動靜干涉引起。葉輪每旋轉(zhuǎn)一周，5個葉片產(chǎn)生5次干涉，干涉振蕩反作用在葉輪上，通過轉(zhuǎn)子傳遞至徑向軸承座產(chǎn)生5倍頻振動，又稱為流體動力激振。在汽油工況下，該泵流體動力激振異常升高，振動源且主要為5倍頻，汽油介質(zhì)對流道沖擊作用造成激振作用較強，這是導致泵運行振動超高的主導因素。

通常通過改變?nèi)~輪結(jié)構(gòu)來改變流體動力激振，如改變?nèi)~輪葉片數(shù)、葉輪切割改變直徑、增加電機變頻器等方法，在這里主要采用葉輪切割方案進行改造。

葉輪切削量計算

離心泵經(jīng)驗切割公式[1]

中高比轉(zhuǎn)速的離心泵：80<<150。

⑴；對于低比轉(zhuǎn)速的離心泵，即一般類型泵：30<<80。

⑵；對于（2）式修正式為[2]：

⑶； D2--切割前葉輪直徑；D2--切割后葉輪直徑；Q--切割前泵流量；Q--切割后泵流量H--切割前泵揚程；H--切割后泵揚程。

按6#泵最佳效率點即額定點的計算比轉(zhuǎn)速[1]。

=≈70。

N--轉(zhuǎn)速（r/min）；H--每級揚程（m）；Q--葉輪每個進口的流量（m？/s）。

該泵葉輪切削適用上式（3）。

葉輪切割量確定及核算

該輸油站近期出站工藝輸油量為300-600m？/h。在300m？/h流量情況下，運行1臺大泵或1臺小泵和1臺大泵，出站壓力在3-5MPa，該工況占總工況的90%左右，即在額定點38%左右運行，屬不穩(wěn)定區(qū)域；在600m？/h流量下，運行2臺大泵或1臺小泵和2臺大泵，出站壓力在5-7MPa。該站為首站，進主輸泵壓力為0.6MPa左右。該站工藝調(diào)節(jié)范圍較大，但為減少效率損失，應盡可能減少葉輪切割量。將切割量調(diào)整在葉輪直徑的5%以內(nèi)，原葉輪直徑為D2=488mm，切割后直徑圓整為D2≈465mm。采用切割公式（3）進行核算，以額定點H=300m，Q=780 m？/h進行計算，得到=280m， Q=730 m？/h。依照原有性能曲線，相似做出切割后性能曲線（如圖2），這里假設葉輪出口安放角β不變，且葉輪切割前出口半徑處蝸殼與切割后相比等寬度[3]：

該泵進出口中心高一致即差為0；

即（4）式可化為H=（5）。

采用（5）式核算，當流量為300m？/h時，3MPa≤P≤5MPa，可保證小泵與大泵各1用1備；當流量為600m？/h時，5MPa≤P≤7MPa，運行1臺小泵和2臺大泵，滿足工藝條件，可增加出站調(diào)節(jié)閥控制范圍，降低出站調(diào)節(jié)閥球體沖蝕風險。葉輪切割按照Φ465mm完成后進行靜平衡檢測，對整套轉(zhuǎn)子重新進行動平衡檢測，再進行回裝。

檢修后測試結(jié)果

6#泵檢修完成后，在汽油（密度按750kg/m？）工況下流量為290m？/h單獨試運行，泵進、出口壓力實測分別為0.57MPa、2.90MPa。根據(jù)公式（5）計算，工作點=327m，該點位于圖5中切割后性能曲線（虛線）上。測試6#泵振動DE端振動值：水平4.0mm/s、垂直3.1 mm/s、軸向2.8 mm/s；NDE端振動值：水平3.0 mm/s、垂直4.6 mm/s、軸向2.7 mm/s。各項振動值在標準合格范圍內(nèi)，故障檢修取得明顯效果。

參考文獻：

[1]薛敦松.泵[M]. 第二版.

[2]何希杰等.離心泵葉輪切割定律的研究.水泵技術(shù)，1982.

[3]顧建明、陸明琦.離心泵葉輪切割對性能的影響[J].流體機械，1994年，第22卷第5期：12-15.

作者簡介：

史鐵峰（1985年8月-），男（漢族），吉林省吉林市人，助理工程師，大學本科，就職于中石化銷售有限公司華南分公司。