高壓液氧泵電機軸承故障分析與潤滑維護

何迎，何亮

(1.延安石油化工廠，陜西 洛川 727400；2.廣研檢測(廣州)有限公司，廣東 廣州 510000)

0 引言

高壓液氧泵因其超低溫運行條件與工藝的重要性，其潤滑維護一直是煤化工企業(yè)的難點，也是經(jīng)常出現(xiàn)問題的地方，如存在其電機軸承溫度高、軸振動大、電機有異響等問題，嚴重影響液氧泵的安全穩(wěn)定運行。況且高壓液氧泵與電機是連體的，故不能實現(xiàn)獨立檢修，從而造成更換費時費力，因此其潤滑維護對于保證空分裝置的整個生產(chǎn)顯得至關(guān)重要。本文通過對某煤化工企業(yè)使用的高壓液氧泵軸承目前在運行過程中出現(xiàn)了高溫想象而導(dǎo)致軸承破裂的故障問題進行研究分析，以便存在到故障原因。主要利用實驗室磨粒分析與紅外光譜等先進技術(shù)，通過大數(shù)據(jù)對比分析，最終得到相關(guān)的結(jié)論，為該化工企業(yè)的高壓液氧泵運行提供合理的潤滑解決方案。據(jù)此，本文還對高壓液氧泵的潤滑維護提供了合理的方案。

1 設(shè)備簡介及日常維護

高壓液氧泵是空分裝置中的關(guān)鍵設(shè)備，是一種低溫液體泵，通過提高液氧的壓力，達到輸送氧氣目的[1]。其結(jié)構(gòu)為單懸臂立式結(jié)構(gòu)，泵體轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸較長，整個泵體轉(zhuǎn)子的重量完全依靠電機負端軸承支撐和定位[2]。目前某化工企業(yè)高壓液氧泵使用的為國外生產(chǎn)的設(shè)備，采用兩開兩備的運行模式，以便提高生產(chǎn)運行的安全穩(wěn)定性。該設(shè)備屬于多級、立式的離心泵，其電機運行的線性速度為2950 r/min，目前使用的潤滑劑為某品牌聚脲基脂，日常定期補脂間隔為1000 h，每次驅(qū)動端軸承或非驅(qū)動端軸承分別補充為40 g。

2 故障情況

2022年7月份，該企業(yè)的高壓液氧泵某電機驅(qū)動端軸承出現(xiàn)高溫(達到100 ℃，正常70～80 ℃)，現(xiàn)場當即采取更換軸承的措施。從現(xiàn)場拆下的電機軸承可發(fā)現(xiàn)保持架斷裂與內(nèi)圈高溫痕跡，如圖1所示。

圖1 拆解軸承

3 試驗分析

為了尋找故障原因，取了電機軸承目前使用的潤滑脂與新脂進行檢測分析，主要檢測的項目如下表1所示。利用紅外分析儀與磨粒分析技術(shù)[3]，最終得到如表2所示的數(shù)據(jù)。

表1 檢測項目

表2 檢測數(shù)據(jù)

4 分析檢測數(shù)據(jù)

4.1 新脂

新脂檢測數(shù)據(jù)中存在明顯異常的是元素含量，主要是Li(鋰)、Ba(鋇)、Zn(鋅)、P(磷)這四種元素，參照在用脂及廣研數(shù)據(jù)庫中該品牌潤滑脂相關(guān)元素含量的典型值，該品牌潤滑脂是不含Li(鋰)、Ba(鋇)、Zn(鋅)等元素，而某煤化提供的該品牌新脂中含有這些元素。查閱該品牌的產(chǎn)品資料可知，該品牌潤滑脂屬于以酯類為基礎(chǔ)的聚脲基潤滑脂，為了驗證是否符合產(chǎn)品資料所說，對送檢的該品牌新脂進一步做了紅外分析，其圖譜見圖2。圖中藍色線為新脂的圖譜，紅色線為在用脂的圖譜，圖中3307 cm-1處為聚脲基特征峰，1151 cm-1處是酯類油的特征峰，1733 cm-1處是聚脲皂基和酯類油混合后的特征峰。而某品牌新脂在這些地方并沒有顯著特征峰，說明該脂并不是聚脲基潤滑脂。

圖2 某品牌新脂紅外圖譜

4.2 在用脂

從圖2可知，在用脂的各個特征峰符合以酯類油為基礎(chǔ)的聚脲基脂的峰值，從軸承在用脂檢測數(shù)據(jù)看，其主要問題是脂中磨損金屬元素Fe(鐵)含量超標，表明脂中存在鋼質(zhì)磨損顆粒。另外，從檢測數(shù)據(jù)可以判斷拆解軸承中所加潤滑脂并非取樣新脂，在用脂檢測數(shù)據(jù)整體上與某品牌新脂典型值吻合，在元素Zn(鋅)含量上有出入。

5 處理措施及建議

5.1 結(jié)論及建議

(1)某品牌新脂的檢測數(shù)據(jù)與廣研數(shù)據(jù)庫中典型值及該品牌官方給出的產(chǎn)品說明書都無法匹配，故初步判斷該脂可能存在質(zhì)量問題。考慮這次所取樣品量較少，檢測項目也不全面，如有需要，某化工公司可進一步送檢該品牌新脂樣品(不同批次、更多量)，進行更全面性能指標檢測，以確定產(chǎn)品質(zhì)量可靠性。

(2)從軸承在用脂檢測結(jié)果看，主要問題是磨損金屬元素Fe(鐵)含量超標，表明軸承存在異常磨損。建議保持對裝回后軸承運行狀況的監(jiān)測。

(3)更換新脂前須檢測分析，以確保為該品牌新脂。

(4)清洗干凈軸承舊脂并且加強對測溫、聽音、振動等檢查項目。

5.2 潤滑維護管理

(1)加脂量過多或過少都會影響軸承的運行溫度，不同的使用環(huán)境工況會影響潤滑脂使用壽命[4]。該電機日常補脂周期為1000 h，補脂量為40 g，根據(jù)SKF軸承補脂間隔與補脂量計算公式，再結(jié)合現(xiàn)場存在高低溫條件下，故定期補脂間縮短至720 h(約1個月)，補脂量調(diào)整為25 g，保證加注的潤滑脂只達到軸承潤滑空間20%～30%，從而使軸承溫升得到控制。

(2)采用集中加脂器進行潤滑，做到精準與定期潤滑。加脂器需定期清理，保證輸送管暢通，建議定期3個月清理軸承油脂。

(3)建立規(guī)范的加換脂操作導(dǎo)則并按要求執(zhí)行。特別注意的是：電動機軸承添加潤滑脂之后，軸承溫度會有一個爬升的過程，一般會升高2～5 ℃。這個情況屬正常現(xiàn)象。電動機運行數(shù)小時，潤滑脂在軸承上分布均勻后，這個現(xiàn)象會自行消失，軸承溫度會下降至正常數(shù)值[5]。

(4)通過技術(shù)改造現(xiàn)場來加強對設(shè)備的潤滑維護。如由于設(shè)備在室外，會受到溫度變化和日曬雨淋的影響。故建議加裝擋板鐵硼裝置或者使用信號反饋監(jiān)測脂狀態(tài)。

6 結(jié)語

鑒于高壓液氧泵對空分設(shè)備的重要性，日常合理、規(guī)范的潤滑維護與定期監(jiān)測對設(shè)備的安全運行起到重要作用。若電動機軸承做不到按質(zhì)、按時、按量加潤滑脂及潤滑管理不規(guī)范，則會引起高壓液氧泵設(shè)備的軸承出現(xiàn)高溫，甚至抱軸、燒毀等現(xiàn)象。通過以上現(xiàn)場改造與潤滑維護后，該化工廠高壓液壓泵電機軸承溫度趨于正常，其運行穩(wěn)定，未對系統(tǒng)造成任何影響。因此，這些潤滑維護與監(jiān)測經(jīng)驗可以推廣應(yīng)用到低溫液氮泵、低溫液氬泵等低溫液體泵上，可以不斷改善和提升空分設(shè)備安全運行。