煉油用離心泵故障分析及解決措施

程新續

（中國石油大慶煉化公司，黑龍江大慶 163411）

0 引言

煉油廠的離心泵長時間處于高溫、高速、高固體顆粒的惡劣環境下運行，必須定期開展養護和檢修，才能保證離心泵始終以良好工況運行。傳統以人工為主的檢查方式，只能發現一些淺表性的故障，而對于隱蔽程度較深的故障難以及時發現，由于排查不到位，處理不及時，導致離心泵長時間帶病運行，嚴重縮短設備壽命，影響生產安全。在電子信息技術和人工智能技術的推動下，智能監測和故障診斷系統在工業領域得到了廣泛應用，它通過收集設備運行參數，將實際參數與標準參數進行對比，根據對比結果及時發現異常情況并報警，同時自動生成故障診斷報告，為設備管理人員展開故障排查和維修提供支持。

1 離心泵故障診斷方法

1.1 離心泵的常見故障類型

離心泵運行期間常見的故障有以下4 種：①流量揚程降低，通常與泵內有氣體或管路中有雜物造成堵塞有關；②振動值增大，軸承磨損嚴重，轉子不對中、不平衡，地腳螺栓松動以及葉輪表面有異物等情況都會造成離心泵高速運行期間出現振動值異常故障；③泄漏嚴重，機械密封安裝不當或損壞，以及軸承彎曲或損壞，泵軸與原動機對中不良等，均會造成離心泵密封處發生泄漏；④軸承溫度升高，轉子偏心，軸承潤滑油變質或缺少，軸承箱內油液太少等，會使軸承溫度異常升高。

1.2 離心泵故障的診斷方法

機械設備在線監測技術的關鍵是采集設備運行時的各種信號，包括溫度、壓力、速度、振動、流量等。根據以往的離心泵常見故障處理經驗，大多數故障發生時會引起設備振動異常，因此振動信號中包含了大量的故障信息。基于振動分析的離心泵故障診斷方法，是將若干靈敏的振動傳感器放置到離心泵的不同部位，在啟動離心泵后由傳感器采集振動信號，對信號進行濾波、放大、降噪和數模轉換等一系列處理后，通過工業以太網傳輸給計算機，通過軟件分析判斷有無故障，如果有故障，進一步分析故障位置、原因并提出對策，圖1 是基于振動分析的離心泵故障診斷流程圖。

圖1 基于振動分析的故障診斷流程

2 煉油用離心泵故障診斷系統設計

2.1 硬件結構

離心泵的滾動軸承在運行中可能因為磨損、腐蝕、裂紋、塑性變形等，使得軸承振動異常，因此可以將振動信號作為故障分析的主要信息源，利用加速度計獲取滾動軸承的振動參數后，輸入到現場采集分析儀中，對信號進行放大、濾波、轉換等處理后，通過RS-232 接口將數據發送至上位機，由上位機分析判斷滾動軸承有無異常運行情況。其中，現場采集分析儀采用VIB-30動態數據采集器，其核心為80C196 單片機，內存4 M，最多可存儲500 個振值、800 個波形，最高分析頻率達15 kHz，保證數據處理效率，故障診斷系統的硬件結構見圖2。

圖2 中，電荷放大器可以將加速度傳感器采集到的振動信號轉化成電壓信號，積分器是對轉換后的電壓信號進行二次積分，以便于后續處理，程控放大器及濾波器用于消除信號中的高頻干擾，并對轉化后的模擬電壓信號進行調適，采樣保持器用于穩定信號，確保在A/D 轉換時能夠得到可靠的數字信號。

圖2 滾動軸承故障診斷系統硬件組成

2.2 軟件部分

經過VIB-30 動態數據采集器處理后的振動信號，由RS232接口傳輸至上位機，安裝在上位機的軟件在接收并讀取信號后，可以顯示軸承振動的時域波形，并利用傅里葉變換分析軸承振動信號的頻譜特征，判斷其運行狀態。如果經過數據分析確認有異常情況的，在主界面上顯示報警信息，并計算滾動軸承的故障頻率，鎖定發生故障的位置（圖3）。

圖3 滾動軸承故障診斷系統軟件界面

結合圖3 可知，故障診斷分析系統主要有五大功能模塊。其中，傳輸數據模塊用于接收數據采集器上傳的數據，每當有新的數據傳輸時，自動彈出數據通信窗口，可選擇數據存儲位置；顯示波形模塊是在完成時域分析后自動顯示時域波形，波形顯示頁面右側的“Rms”表示雙通道信號有效值，“Peak”表示雙通道信號峰值，“Epeak”表示雙通道信號等效分值，“Ave”表示雙通道信號平均值；軸心軌跡模塊可以在雙擊“File name”后打開軸心軌跡文件，并在新彈出的對話框中瀏覽軸心軌跡。

3 煉油用離心泵的故障分析與解決實例

3.1 儀器的現場安裝

某煉油廠的3#生產車間共有4 臺離心泵，2014 年8 月投入使用。其中3#泵在2019 年2 月因地腳螺栓松動出現過一次振動異常故障，加固地腳螺栓后故障得以解決。2021 年9 月份在進行車間設備常規維護時，使用在線監測與故障診斷系統對3#生產車間的4 臺離心泵進行了現場檢測，將兩個帶有磁性的加速度傳感器分別固定在離心泵兩端的軸承座上，保證儀器與軸承座表面呈垂直狀態，然后將加速度傳感器的另一端導線接到VIN-30 動態數據采集器上，在離心泵運行時即可實時采集其振動參數。

3.2 測試結果

4 臺離心泵各個測點的測試結果統計見表1，可以看到，除了4#泵的后軸承發出警告外，其他7 個測點的測試結果均正常。該系統設置的振動參數告警值為2.50 mm/s，即實際監測參數＞2.50 mm/s 時報警。對比4 臺離心泵的8 個振動測點，可以發現1#、2#、3#泵的振動速度均在1.50 mm/s 以內，4#泵的前軸承雖然并未告警，但是實際測得的振動速度達到2.383 mm/s，已經接近告警值，該泵的后軸承實際測得振動速度為3.416 mm/s，已經超出預設的告警值，故系統發出振動異常的報警。

表1 煉油廠供水車間離心泵測試結果

3.3 故障解決措施

通過在線監測與故障診斷系統確定了4#泵存在振動異常后，根據后軸承測點提供的振動數據，在軟件上展開時域分析和頻譜分析，觀察時域波形發現振動波形接近正弦波，并且在頻譜圖上只在轉頻處觀察到單一的頻率分量峰值。根據軸承信號和實時轉速，系統給出各部位的故障頻率計算結果：①內圈故障頻率38.15 Hz；②外圈故障頻率55.86 Hz；③滾珠故障頻率157.42 Hz。設備管理人員根據系統故障分析結果，重點對離心泵滾動軸承的滾珠展開了檢查，發現因為潤滑減少導致滾珠磨損嚴重，因此導致軸承高速轉動時振動異常。及時更換滾珠并重新加注潤滑油后，使離心泵重新運行，再次監測振動參數，發現4#泵后軸承振動速度為1.504 mm/s，故障得以解決。

4 結語

離心泵的運行工況將直接影響煉油廠的經濟效益，做好離心泵工況監測和定期維護，始終保持其穩定、安全運行，是煉油廠設備管理部門的重要責任。積極推廣設備管理新技術，應用在線監測和故障分析系統，以離心泵的實時振動參數作為故障分析診斷依據，可以更加及時、精確地發現故障隱患，在此基礎上采取針對性的維修措施，才能確保離心泵的健康運行。