中国石油天然气股份有限公司乌鲁木齐石化分公司 乌鲁木齐 830019
摘要：本文针对炼油厂耐腐蚀耐磨蚀泵P-802/2振动超标故障，通过使用BH550离线状态监测观察设备的运行趋势，并运用有效的频谱分析确定机泵劣化的故障特性，同时结合现场实际检修情况对比验证，寻找机泵振动超标的原因，为今后设备的故障诊断提供必要的基础资料。
关键词：叶轮故障；状态监测；频谱分析；故障诊断；振动；
1、前言
炼油厂耐腐蚀耐磨蚀泵P-802/2为襄阳五二五泵业有限公司的单级离心泵，位于装置内的脱硫房，是装置采用一开一备的关键设备。前期因工艺介质中催化剂含量高，催化剂颗粒较多，机泵材质抗腐蚀性差，易造成机泵叶轮和壳体冲刷腐蚀和密封频繁泄漏，严重威胁装置生产。因此该泵在停工大检修期间整体更换耐腐蚀耐磨蚀新泵，但新泵自装置开工运行振动长期存在超标，随后通过状态监测系统对该泵故障展开频谱分析，诊断结论在后续检修过程中得到验证，为装置正常生产提供了有利保障。
2、设备概述
P-802/2泵按照现行标准GB/T 29531-2013测算设备类别属Ⅱ类机泵，C区振值界限为2.8mm/s，D区界限为4.5mm/s。该泵结构形式为单级离心泵，介质为滤清模块循环浆液（含催化剂），介质温度300℃，设备型号LCP125-400K，功率30KW，转速1480r/min，连接方式为膜片联轴器，轴承型号为7311B，6212，流量185m3/h，扬程53m。
3、故障现象
该泵自整体更换新泵开启运行后，两端垂直方向振动长期处于超标状态，最高达到5.6mm/s，属于严重超标。通过BH550离线系统对设备进行检测，概貌图中电机振值最高为0.4mm/s，属于正常状态，机泵除两端垂直速度测点外，其余各测点振值、加速度、GIE、温度等参数均在范围内。查看机泵两端垂直速度测点的运行趋势保持同步，已经超过了系统设定的危险值，现场与工艺装置对接，没有进行工艺方面的调整，因此判断此故障属于机械方面的故障。
4、故障分析
（1）速度分析。从机泵负荷端垂直速度测点频谱图中可以看出，频率显示123.75Hz频率较突出，且幅值较高，左右两侧含有一定的边频。机泵自由端速度测点频谱图同样显示123.75Hz频率突出。从机泵两端垂直测点速度时域波形图中可以看出波形近似正弦波，重复性较稳定，且正负峰值的对称形态较好。观察其频谱并没有出现工频等其他倍频分量，所以可以排除不平衡，不对中，轴弯曲等故障（图1，图2）。
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图1 负荷端垂直测点频谱图
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图2 负荷端垂直测点波形图
（2）加速度分析。从机泵负荷端加速度波形图中可以看出，波形的周期性规律相对稳定，没有出现明显的冲击信号。从加速度频谱中可以看到一个123.43HZ的能量幅值较高，与速度频谱中的123.75HZ频率基本接近，该泵转速为1480r/min，叶轮为5个流道，因此机泵的叶轮通过频率经换算为123.33Hz，与速度频中的显示的频率和加速度频谱中显示能量幅值基本一致，分析认为该泵振值超标与叶轮有直接关系（图3，图4）。
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图3 波形图
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图4 加速度频谱图
（3）gIE值分析。机泵负荷端轴承型号为7311B，自由端轴承型号为6212通过轴承故障频率计算：负荷端轴承各部位频率分别为保持架10.0Hz，滚动体50.3Hz，外圈120.5Hz，内圈173.5Hz。自由端轴承各部位频率分别为保持架10.1Hz，滚动体66.5Hz，外圈100.6Hz，内圈144.4Hz。因此从机泵两端轴承gIE频谱中标记出的轴承保持架、滚动体、内外圈均没有出现明显的故障特征频率，结合加速度频谱中反应出的尖峰能量与之不相符，固轴承故障可以排除（图5）。
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图5 gIE频谱图
5、故障处理及原因分析
因机泵无法正常运行，现场决定对机泵解体检修。2019年12月11日，根据状态监测诊断结果，检修人员对机泵进行解体检修，解体后发现两端轴承完好，检查叶轮存在设计缺陷。
该泵叶轮为开式叶轮，设计有5个平衡孔，每个平衡孔的孔距均存在偏差，最小孔距10.9mm，最大12mm，误差1.9mm。其次每个平衡孔之间的中心距均存在偏差，最小44.9mm，最大49.1大小mm，误差5.8mm。最后每个平衡孔与叶轮中心距存在偏差，最小18mm，最大21.6mm，误差3.6mm（图6）。
由于机泵叶轮平衡孔存在设计缺陷，导致流体经过平衡孔流进叶轮时，破坏了叶轮进口处液流的吸入状态，增大了叶轮中的流动损失，进而在叶轮中形成边界层分离、二次流、倒流和局部冲击，使流动效率和抗汽蚀性能降低。该泵叶轮分别有5个流道和5个平衡孔，流体每经过一个流道时都会反复出现一次冲击频率，因此结合BH550图谱分析，验证了该泵引发机泵振动超标故障的原因。
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图6 故障叶轮
6、结束语
离心泵在炼化企业的设备管理中占据重要地位，当设备出现故障如不及时发现和处理，将会给工艺生产带来不可估量的损失，同时也进一步体现出了状态监测对设备运行维护起到的重要保障。对设备进行故障判断时，应结合振动烈度，加速度有效峰值同时判断，通过对大数据分析，及时发现设备的故障征兆并给出具体有效的解决方案，从而实现设备的预期状态检修。
参考文献：
[1]蒋爱华，李国平，周璞等.离心泵流体激励力诱发的振动：蜗壳途径与叶轮途径[A].振动与冲击，2014.10。
[2]蒋爱华，章艺，靳思宇等.离心泵叶轮流体激励力研究[A].振动与冲击，2012。