液氧泵電機(jī)軸承損壞原因分析與優(yōu)化改造

周巖

（中海石油華鶴煤化有限公司，黑龍江鶴崗 154100）

0 引言

中海石油華鶴煤化有限公司一套以煤為原料、年產(chǎn)30 萬(wàn)噸合成氨和52 萬(wàn)噸大顆粒尿素的煤化工生產(chǎn)裝置，其中空分裝置配兩臺(tái)法國(guó)CRYOSTAR 品牌進(jìn)口液氧泵，泵體與電機(jī)連接結(jié)構(gòu)如圖1所示，屬于低溫液體多級(jí)立式離心泵，介質(zhì)液氧溫度-186 ℃，出口壓力8.6 MPa，持續(xù)輸送高壓液氧，經(jīng)高壓換熱器為氣化爐輸送原料氧氣，是裝置的核心設(shè)備之一。液氧泵電機(jī)投運(yùn)后長(zhǎng)期存在軸承使用壽命短、檢修頻繁、生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)高等問(wèn)題，影響裝置長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行。

圖1 液氧泵結(jié)構(gòu)

1 液氧泵電機(jī)簡(jiǎn)介

DOR 355L2-2-044 型液氧泵電機(jī)為德國(guó)HELMKE 品牌，額定功率315 kW，額定電流518 A，額定轉(zhuǎn)速2984 r/min，最高轉(zhuǎn)速3600 r/min，安裝方式為立式，同軸風(fēng)扇自冷卻方式降溫，由ABB 品牌ACS800 變頻器調(diào)速控制，采用主泵高速3300 r/min、備泵低速1400 r/min 的運(yùn)行方式，驅(qū)動(dòng)端軸承采用2×7222 ETP2HUL雙軸承背靠背安裝方式，軸承間帶有平衡環(huán)，非驅(qū)動(dòng)端采用6317M/C3 單軸承。

2 電機(jī)軸承損壞記錄

自2014 年設(shè)備投運(yùn)至2017 年間，液氧泵電機(jī)軸承損壞故障較為頻繁，故障多發(fā)生于冬季低溫時(shí)期。液氧泵電機(jī)故障檢修記錄見(jiàn)表1。

表1 2015—2017 年液氧泵電機(jī)故障檢修記錄

3 電機(jī)軸承損壞原因分析

3.1 環(huán)境溫度

鶴崗地區(qū)冬季最低溫度可達(dá)-30℃以下，雖然軸承所用KLUBERQUIET BQ74-73N 潤(rùn)滑脂有耐低溫特性，但冬季低溫使軸承內(nèi)油脂的流動(dòng)性變差，油脂無(wú)法充分進(jìn)入軸承室，長(zhǎng)期如此易導(dǎo)致軸承潤(rùn)滑不良而發(fā)熱，甚至軸溫驟然升高燒毀軸承。

3.2 加脂方法

一般在液氧泵電機(jī)加脂足量的情況下，軸承溫度短時(shí)間或長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)持續(xù)上升，直至過(guò)多的油脂在離心力作用下逐漸脫離軸承室后，軸承溫度開(kāi)始回落至正常值，如圖2 所示。

圖2 電機(jī)日常加脂前后溫度變化趨勢(shì)

液氧泵電機(jī)銘牌標(biāo)注的加脂方法存在加脂量較多、加脂周期較長(zhǎng)的問(wèn)題（表2）。

表2 液氧泵電機(jī)銘牌加脂要求

加潤(rùn)滑油需考慮液氧泵高轉(zhuǎn)速下對(duì)加油效果的影響，否則盲目定量加注，會(huì)造成軸承潤(rùn)滑不到位或過(guò)量而長(zhǎng)期高溫甚至燒毀。通過(guò)觀察每日軸承溫度上漲與回落呈規(guī)律性變化，受季節(jié)環(huán)境溫度變化影響，每日趨勢(shì)可能稍有差異，但依然可作為軸承溫度異常狀態(tài)的判定依據(jù)。

3.3 液氧泵轉(zhuǎn)速變化

液氧泵在手動(dòng)提速、正常或聯(lián)鎖切泵后，隨備泵轉(zhuǎn)速升至額定的過(guò)程中，電機(jī)軸承溫度呈上漲趨勢(shì)，并隨液氧泵工況穩(wěn)定而逐漸趨于平穩(wěn)，再回落至正常溫度。

3.4 電機(jī)檢修與回裝質(zhì)量

起吊、拆卸聯(lián)軸器螺栓前，需先用塞尺測(cè)泵體軸向定位尺寸“E”值，嚴(yán)格按“E”值對(duì)中、回裝復(fù)位。電機(jī)與泵體的配合精度高，且聯(lián)軸器為剛性，整機(jī)回裝前需水平垂直起吊，注意電機(jī)固定支架水平度，以準(zhǔn)確將泵體插入聯(lián)軸器內(nèi)。

液氧泵電機(jī)結(jié)構(gòu)精密復(fù)雜，有抗低溫系統(tǒng)，檢修技術(shù)要求高。電機(jī)解體拆卸前，要求進(jìn)行精確的機(jī)械測(cè)繪、尺寸配合數(shù)據(jù)記錄，特別是軸承與軸徑、軸與端蓋間的配合尺寸，檢修后更要按拆卸前的數(shù)據(jù)進(jìn)行回裝。

液氧泵與電機(jī)間直接通過(guò)剛性聯(lián)軸器相連，泵體吊掛于電機(jī)下方，泵內(nèi)無(wú)止推軸承，而電機(jī)軸承設(shè)計(jì)特殊，驅(qū)動(dòng)端采用雙軸承“背靠背”安裝結(jié)構(gòu)，故電機(jī)驅(qū)動(dòng)端承受整體機(jī)泵的軸向推力。若配合尺寸出現(xiàn)問(wèn)題，液氧泵長(zhǎng)期運(yùn)行后，易出現(xiàn)電機(jī)兩端軸彎曲、軸動(dòng)平衡不達(dá)標(biāo)，對(duì)電機(jī)振值、軸承溫度和使用壽命有一定影響。

近幾年的液氧泵檢修校軸檢查結(jié)果中，多次出現(xiàn)過(guò)電機(jī)軸彎曲問(wèn)題。因此需根據(jù)液氧泵電機(jī)日常運(yùn)行振值、溫度、聲音等指標(biāo)分析，提前預(yù)防檢修，避免突發(fā)事故。

4 電機(jī)優(yōu)化改造措施

4.1 電機(jī)平衡環(huán)改造

2015 年11 月液氧泵電機(jī)檢修期間，根據(jù)電機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理，原設(shè)計(jì)潤(rùn)滑脂由上側(cè)軸承流出供下側(cè)軸承潤(rùn)滑，但實(shí)際油脂只能到達(dá)下側(cè)軸承外圈，無(wú)法到達(dá)軸承室，使下側(cè)軸承得不到充分潤(rùn)滑而導(dǎo)致軸承損壞的主要原因，說(shuō)明雙軸承供油系統(tǒng)存在設(shè)計(jì)缺陷。經(jīng)研究分析并制定改造方案，在保證原有結(jié)構(gòu)和機(jī)械強(qiáng)度下，改造液氧泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端雙軸承間平衡環(huán)結(jié)構(gòu)，在確保機(jī)械強(qiáng)度情況下，增加6 條對(duì)稱均布的圓形凹槽，凹槽同側(cè)的邊緣加工同深度的邊環(huán)，作為新增潤(rùn)滑通路，確保下軸承潤(rùn)滑良好（圖3）。

圖3 改造后的驅(qū)動(dòng)端平衡環(huán)

4.2 增加下軸承加脂通道

利用鉆床在平衡環(huán)對(duì)應(yīng)部位的驅(qū)動(dòng)端端蓋外部加工一條潤(rùn)滑脂通道，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承雙加脂孔結(jié)構(gòu)，作為平衡環(huán)改造的補(bǔ)充措施，實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)端軸承可靠潤(rùn)滑。改造后驅(qū)動(dòng)端軸承再未出現(xiàn)突發(fā)損壞問(wèn)題。

4.3 非驅(qū)動(dòng)端增加測(cè)溫點(diǎn)

原電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端無(wú)測(cè)溫點(diǎn)，為針對(duì)2016—2017 年非驅(qū)動(dòng)端軸承多次損壞問(wèn)題，改造非驅(qū)動(dòng)端端蓋，增加測(cè)溫傳感器，并將信號(hào)遠(yuǎn)傳至中控，實(shí)現(xiàn)與驅(qū)動(dòng)端軸承溫度同步在線監(jiān)控，便于掌握軸承運(yùn)行狀態(tài)，提前做好預(yù)防檢維修。

4.4 消除軸電流措施

2019 年8 月份預(yù)防檢修液氧泵電機(jī)，發(fā)現(xiàn)非驅(qū)動(dòng)端軸頸、軸承滑道內(nèi)存在腐蝕狀壓痕（圖4），結(jié)合FLUKE 軸電流檢測(cè)設(shè)備診斷結(jié)果分析，確認(rèn)為軸電流引起的電侵蝕與槽溝。為消除軸電流帶來(lái)的危險(xiǎn)隱患，采取以下措施：

圖4 電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸頸電腐蝕痕跡

（1）將原有非驅(qū)動(dòng)端的6317M/C3 軸承改為電絕緣軸承6317M/C3VL0241，即軸承外圈帶有氧化鋁涂層，增加絕緣能力，避免形成軸電流回路。

（2）電機(jī)風(fēng)扇罩增加方形可視窗口，在非驅(qū)動(dòng)端扇葉與端蓋間的軸伸部位安裝接地碳刷，確保軸頸與機(jī)座均可靠接地，使轉(zhuǎn)軸為零電位，以消除軸電壓，并定期通過(guò)觀察，及時(shí)更換碳刷，避免產(chǎn)生軸電流對(duì)軸承、軸頸產(chǎn)生電侵蝕。

5 電機(jī)管理優(yōu)化措施

5.1 工藝優(yōu)化措施

正常工況時(shí)，工藝操作人員按照廠家提供的液氧泵轉(zhuǎn)速—壓力對(duì)照表（表3）進(jìn)行升速、提壓。穩(wěn)定工況下，轉(zhuǎn)速、壓力保持不變，回流閥自動(dòng)控制調(diào)節(jié)壓力。

表3 液氧泵轉(zhuǎn)速—壓力對(duì)照表

異常工況時(shí)，以液氧泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承溫度波動(dòng)情況居多，當(dāng)溫度異常波動(dòng)時(shí)，立即檢查電機(jī)振值、電流，軸承聲音有無(wú)異常。若軸承溫度上升至60 ℃時(shí)，工藝手動(dòng)將備泵轉(zhuǎn)速提升至2500 r/min左右，視情況做好倒泵準(zhǔn)備，協(xié)調(diào)氣化裝置同步調(diào)節(jié)氧氣壓力，若10 s 內(nèi)溫升超10 ℃，緊急停泵。當(dāng)備泵轉(zhuǎn)速升至額定值后，迅速將原主泵降速至1400 r/min 觀察運(yùn)行參數(shù)，可考慮接引儀表空氣吹掃降溫，必要時(shí)停機(jī)檢查。

液氧泵法蘭盤自帶的電伴熱帶功率有限，僅能防止電機(jī)軸承結(jié)霜，冬季極寒溫度期間，考慮在氧泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端增加保溫，避免軸承溫度過(guò)低帶來(lái)的危害。

5.2 電氣優(yōu)化措施

（1）改變?cè)须姍C(jī)潤(rùn)滑保養(yǎng)方式，使用帶有數(shù)顯流量計(jì)的電動(dòng)油槍，逐克緩慢加脂，驅(qū)動(dòng)端改為18 g/720 h，非驅(qū)動(dòng)端改為10 g/720 h，以縮短加脂周期、減少加脂量、增加加脂頻率，隨時(shí)觀察中控溫度變化趨勢(shì)，若溫度上升速率超過(guò)10 ℃/min，應(yīng)立即停止加脂，回落后再加，必要時(shí)可采取臨時(shí)降溫措施。

（2）根據(jù)環(huán)境溫度變化，以0 ℃為界，環(huán)境溫度≥0 ℃時(shí)，以60 ℃作為異常溫度點(diǎn)；環(huán)境溫度＜0 ℃時(shí)，以30 ℃作為異常溫度點(diǎn)，執(zhí)行兩種不同的異常運(yùn)行判定標(biāo)準(zhǔn)。

（3）嚴(yán)格安裝液氧泵電機(jī)各配合數(shù)據(jù)進(jìn)行回裝，提高電機(jī)檢維修、回裝質(zhì)量，重點(diǎn)是泵體軸向定位尺寸“E”值。

（4）執(zhí)行液氧泵電機(jī)每日定檢定巡、測(cè)溫測(cè)振記錄，做好數(shù)據(jù)對(duì)比分析與總結(jié)。

6 總結(jié)

經(jīng)過(guò)改造HELMKE 液氧泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端平衡環(huán)結(jié)構(gòu)、完善軸承溫度監(jiān)測(cè)、消除軸電流、優(yōu)化電機(jī)管理等技術(shù)措施，未再突發(fā)液氧泵電機(jī)損壞故障。根據(jù)實(shí)際運(yùn)行情況，綜合分析判斷異常原因，靈活采取可靠措施，攻克液氧泵電機(jī)運(yùn)行維護(hù)難題，有效提高了液氧泵的運(yùn)行穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)了液氧泵的安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期運(yùn)行目的，為全廠生產(chǎn)系統(tǒng)的持續(xù)運(yùn)行提供了可靠保障。