某化工廠空分裝置中冷凍水泵的故障分析及處理方法

紀向宇，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

化工廠空分裝置預冷系統中，通常要利用離心泵設備將水冷塔中經與氮氣換熱的冷凍水，泵至冷水機組中進行換熱制冷，再流至空冷塔中部向下噴流，將塔內上升熱空氣進行制冷換熱，從而有效控制空冷塔內部溫度。因此基于該離心泵制冷換熱功能也被稱為冷凍水泵，冷凍水泵設備的平穩運行決定著空冷塔換熱效率以及空分裝置的運行負荷。本文所研究化工廠冷凍水泵因設備老化，檢測振幅不斷增大，經多次檢修處理才將振動故障消除。

1 工程案例分析

該化工廠應用冷凍水泵為單級端吸臥式離心泵，選用型號KCP100X65-250，采用單端面機械密封形式，主要參數見表1，機械結構如圖1 所示。該型號產品特點在于符合ISO2858、ISO9908 國際標準，與其它產品具備互換性，同時泵體采用蝸殼形式，效能較高；葉輪與泵軸采用圓錐面結合形式，配合精度強度較高，便于維護；零件構成通用化互換性程度高，便于零件更換維修工作。化工廠應用兩臺該型號冷凍水泵，由三相異步電機驅動，于2007 年投入使用，一用一備。

圖1 離心泵機械結構示意簡圖

表1 KCP100X65-250 離心泵設備主要運行參數表

該化工廠兩臺冷凍水泵設備，隨著使用年限延長及設備老化問題，振動現象逐漸趨于頻繁。在每年檢修過程中，檢測水泵驅動端水平振動范圍3 mm/s，垂直范圍2 mm/s，負荷端兩方向分別為1.4、1 mm/s，設備總體運行狀態良好。在2017 年4 月巡檢過程中發現，2 號泵驅動側振動突然升高，兩方向振動范圍達到5、2.8 mm/s，檢修工作完成后至今，該泵振動值開始不斷增加。

2 故障分析及處理過程

2.1 軸承拆檢及復查對中

2017 年4 月經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值明顯降低，兩方向振動范圍降至4.0、2.0 mm/s，但不及原先正常水平。同時對泵軸進行復查對中，振動范圍依舊保持不變，因此決定重新裝配軸承配件，由于采用火焰加熱法進行軸承配件安裝，在加熱過程中可能因軸承受熱不均發生損壞，因此再次進行軸承拆檢工作，并對水泵振動情況進行分析。但完成上述操作后，振動值并未下降，因此判定振動故障與軸承部件無關。

2.2 電機及主軸故障分析

由于上述對水泵拆檢多次后振動值并未顯著變化，因此判斷可能泵電機出現問題，因此更換電機后進行了測試運轉，發現水泵振動范圍并未下降，泵體溫度保持50 ℃左右趨于平穩，設備運行正常。待2018 年2 月，冷凍水泵再次出現振動值大幅增長現象，此時兩方向振動范圍監測值達到8.0、3.8 mm/s。此次拆檢工作仍然進行了軸承部件更換，同時利用百分表及V 型鐵對泵軸進行檢測，發現跳動值符合要求，未發生彎曲。將拆換軸承后的水泵進行振動值檢測發現故障依然存在，因此決定更換軸承批次，將原先驅動端6308-2RS1 型號軸承更換為6308-2Z/C3，同樣負載端6309-2RS1 型號軸承更換為6309-2Z/C3，經測試運行后振動故障仍存在，振動值無顯著變化，因此排除軸承引發振動影響。通過對泵軸磨損現象進行檢測發現，于泵軸驅動側軸承孔出現磨損，原因是軸承箱的軸承內孔尺寸與正常值相比大0.5 mm。由于該軸承箱為鑄鐵材質無法進行焊接加工，因此將該軸承孔進行打麻點處理，安裝軸承后進行振動值測試，發現振動值仍未變化[1]。

2.3 泵殼及軸承箱拆卸更換

兩臺冷凍水泵一用一備運行，于每月15 日和30日進行倒泵運轉，通過劃線標定，對每班設備振動情況進行檢測，若振動值無明顯增大趨勢，便可繼續投入使用。由于泵殼在多年流水沖刷作用下逐漸出現裂紋，焊接修補效果較差，因此進行了原廠泵殼更換。同時于2019 年4 月，更換了原廠軸承箱，更換前檢測到兩方向振動值范圍分別達到10.4、6.0 mm/s，而更換后由于軸承振動增大，檢測到振動值更是積聚增加至16、10 mm/s，因此決定更換回原有軸承箱，通過檢測發現振動值又恢復至10 mm/s 左右。同時于4 月中旬拆換了軸承件，并進行復查對中處理，水泵振動值又下降至4 mm/s 左右。

2.4 加固基座支撐及梅花墊更換

于2021 年12 月對水泵出口閥及過濾器進行更換，同時對止回閥進行了檢查，由于長期運行狀態下拆檢零部件，導致水泵振動值增加至15 mm/s，經多次復查也未發現異常情況。因此認為可能是過濾器配件過重，導致內部管路壓力過大，對水泵進出口法蘭脫除后，并未發現偏移現象，同時利用枕木、千斤頂等支撐結構對進出口管路進行臨時支撐，發現振動范圍略微下降，但并不顯著[2]。同時通過對水泵多部位進行臨時支撐振動測試，最后發現基座處影響效果較大，最后對水泵基座進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，因此后期采購通常以硬度較大的聚氨酯材料梅花墊為主。在2 號泵檢修過程中，也更換過梅花墊材質，但效果較差。于2022 年3 月，水泵振動值突然增至19 mm/s，為不影響正常生產工作，直接進行了更換泵頭處理，同時首次采用了橙黃色材質較軟，彈性大的梅花墊，經過裝機測試后發現，驅動端兩方向振動值大幅下降，僅為3.8、1 mm/s，同時檢測泵體溫度較低，聲音正常，在后續試運行過程中，振動值也未發生變化。

3 檢修工作總結

通過上述化工廠空分裝置中冷凍水泵裝置的振動故障分析過程及處理方法，經過長達5 年的維修經驗，總結出如下規律：

1）該KCP100X65-250 型號單級端吸臥式離心泵，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，但其發生振動故障現象的原因卻是多方面的，因此需要結合實際振動現象，進行逐級排查工作，消除振動故障，避免發生設備損壞。

2）在離心泵設備維修過程中進行過其它材質梅花墊更換，但振動消除效果較差，同時聚氨酯梅花墊在同型號泵中的運行狀態正常。因此分析同型號泵在運行過程中會因自身情況出現不同類型的損傷，從而使同材質梅花墊在離心泵中出現不適用現象[3]。

3）材質較硬的梅花墊使用過程中更易發生破碎，材質較軟的梅花墊在使用過程中更易發生擠壓變形，兩種現象均會導致離心泵的振動增大現象。

4）當離心泵出現振動異常時，首先需要考慮軸承的磨損損壞故障，以及是否對中，梅花墊通常為次要因素。在進行梅花墊選材時，其材質的好壞包括硬度、彈性上的差異，通常會對離心泵的振動效果產生很大影響。即同種材質梅花墊所含組分也不相同，不同材質梅花墊，在同種工況下產生的振動值存在顯著差別。因此合理選用梅花墊，有利于離心泵設備的長期平穩運行。

4 結語

化工廠冷凍水泵因設備老化使用年限較長，導致出現驅動側異常振動問題，如不及時檢修，會導致泵組設備運行故障。本文結合實際冷凍水泵振動故障現象，對泵組振動故障成因及解決措施進行分析，并對長期以來的檢修工作經驗進行總結，提出一套冷凍水泵振動故障的維修經驗規律，為該設備的運行維護工作提供參考借鑒。