潘子衡
中石化上海工程有限公司 上海市 200120
摘要：本文通过目前化工装置中离心泵的振动监测的实际情况，来归纳总结离心泵振动的监测方法、监测手段、数据分析及未来的趋势，通过特定的方法来时时对离心泵振动的进行监测，并对数据进行振动分析，判断振动出现的位置，及时有效的采取措施改善振动及预防振动的再次出现。目前振动信号的输出方式为有线连接，既可通过DCS直接报警，也可通过信号输出至本特利系统进行数据分析，而有线连接的输出方式在已有老厂区的铺设及后期检维修会比较繁琐，未来的趋势将更倾向于无线连接。
关键词：离心泵、振动、DCS、本特利
1 石油化工泵的种类及工作原理
炼油厂和石油化工厂都广泛使用各种类型的泵，泵的作用犹如人体中的心脏，起着输送、加压等功能，泵大的种类包括容积泵、离心泵等。其中离心泵使用最为广泛，一般占据整个装置的70%左右，本文重点介绍离心泵振动的检测。
1.1 离心泵的基本结构和工作原理
1.1.1离心泵的基本结构
离心泵的基本部件是高速旋转的叶轮和固定的蜗壳形泵壳，具有若干个（通常为4～12个）后弯叶片的叶轮紧固于泵轴上，并随泵轴由电机驱动作高速旋转。叶轮是直接对泵内液体做功的部件，为离心泵的供能装置。泵壳中央的吸入口与吸入管路相连接，吸入管路的底部装有单向底阀。泵壳侧旁的排出口与装有调节阀门的排出管路相连接。
1.1.2离心泵的工作原理
当离心泵启动后，泵轴带动叶轮一起作高速旋转运动，迫使在叶片间的液体作近似等角速度的旋转运动，在惯性离心力作用下，液体自叶轮中心向外周作径向运动。液体在流经叶轮的运动过程获得了能量，静压能增高，流速增大。当液体离开叶轮进入泵壳后，由于壳内流道逐渐扩大而减速，部分动能转化为静压能，最后沿切向流人排出管路，所以蜗形泵壳不仅是汇集由叶轮流出液体的部件，而且又是一个转能装置。当液体自叶轮中心甩向外周的同时，叶轮中心形成低压区，在储槽液面与叶轮中心压力差的作用下，致使液体被吸进叶轮中心。依靠叶轮的不断运转，液体便连续地被吸入和排出。液体在离心泵中获得的机械能量最终表现为静压能的提高。
2 离心泵振动的原因及危害
2.1引起泵振动的原因是多方面的: 高速旋转部件较多，动、静平衡不能满足要求; 泵的主轴与驱动电机轴直接或是通过联轴器间接相连，使得泵的性能和电机的性能紧密联系在一起; 与流体作用的部件受流体状况影响较大，流体运动本身的复杂性，也是造成泵动态性能不稳定的一个因素。泵的旋转部件是泵振动产生的主要原因之一，泵的主要旋转部件有叶轮、主轴、叶轮口环等，这些部件在制造加工、装配过程中的不合理操作，都会造成泵机组运行中的振动。[1]
2.2因振动过高造成的危害
2.2.1 动静部分发生摩擦。摩擦直接发生在转轴处，将会造成转子的热弯度，使轴和轴承振动进一步加大，形成恶性循环，由此常常引起转轴的永久弯曲。
2.2.2动静部分的疲劳损坏。由于振动，使某些部件产生过大的动应力，因而导致疲劳损坏，并且由此造成事故进一步扩大，这种疲劳损坏虽然要有一个时间过程，但是随着部件上的应力增加，时间过程将会大大缩短。
2.2.3某些紧固件的断裂和松动。过大的振动将会使设备基座的地脚螺栓断裂和某些零件发生松动而脱落，失去原有功能，从而使机组发生事故。
2.2.4直接或间接造成设备事故。当设备发生过大振动时，危急遮断器或设备的其他保护仪表的正常工作将直接收到影响，严重时会引起这些部件的误动作，直接造成事故停机。
因此在化工装置运行中很多关键的动设备都会配以监测系统，以保整个装置的正常运行。
3 监测振动的方案
根据API670标准规定，对于滑动轴承和滚动轴承的泵有如下监测振动的方案[2]。
3.1 对于滑动轴承的泵，监测振动，监测点上的振动探头分布如下图所示
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3Y 轴内侧端径向振动探头
4X 轴内侧端径向振动探头
5Y 轴外侧端径向振动探头
6X 轴外侧端径向振动探头
其中XY振动探头位置根据实际需要进行摆放，多为90度角。泵在运行中，所测的振动数值会反馈到DCS系统，系统会根据数值的大小进行报警，从而起到时时监督泵在运行中的一个振动状态。
3.2 对于滚动轴承的泵，监测振动，监测点上的振动探头分布如下图所示
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A1 轴内端径向水平加速度振动探头
A2 轴外端径向水平加速度振动探头
这类泵只需两个探头A1、A2即可测。泵在运行中，所测的振动数值反馈到DCS系统，根据数值的大小进行报警，从而起到时时监督泵在运行中的一个振动状态。
以上是泵的振动探头的摆放位置，及振动数据的输出数据到控制系统，如果需要更为精确的数据，也可由信号输出至高端的数据分析系统，如本特利系统，本特利系统是振动及位移监测系统，能够时时精确的检测出设备的振动数值，并根据振动数值来对设备进行振动分析。
3.3以下为通过振动检测系统的数据采集对泵的振动进行分析的实际案例
本案例为某家专业测试振动公司对某炼化装置中两台离心泵进行振动检测的说明，位号分别为P411A、P550A，下面介绍两台泵的泵体振动检测情况。
3.3.1以P550A泵体为例
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检测结果分析：
1）、泵两端加速度包络值较高，但未见明显轴承缺陷频率，轴承未磨损。
2）、电机端振动速度值良好。
3}、泵端振动速度值较大，从频谱分析，可能为旋转部件松动导致，较大可能的原因为泵驱动端轴承与轴或者轴承室配合松动。
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检测结果分析：
1、从频谱分析，振动幅值主要体现在叶片通过频率（BPF，叶片数 x 转频），为 5 倍转
频。
2、出现叶片通过频率的振动故障，主要可能两方面原因：
一是刚度不足，即设备或与其相连管道的动刚度不足，在压力脉动作用下，出现振动放
大效应，甚至共振，表现为叶片通过频率振动十分剧烈，这在现场是最为常见的；
二是运行环境恶化，使得流体压力脉动的幅度增大，激发了较大的叶片通过频率振动:
a\由于流体机械与其进出管线形成一个封闭的流动空间，如果管线设计不合理，导致流
体在管线中的压力或速度产生突变，就可能激发叶片通过频率的振动。
b\叶片未在设计工况下运行。由于叶轮、导叶等过流部件均是基于最优工况而进行设计
的，即在最优工况下，流体离开叶轮时的切向速度分量较小，激发的压力脉动也较小；
当设备运行偏离最优工况时，叶轮出口的流速分布就含有一定的切向速度分量，这些切
向速度分量可能会产生旋涡或脱流现象，而设备在该状况下运行就会产生较大的压力脉
动，并可能诱发叶片通过频率的振动。
c\设备安装偏差或运行磨损将可能导致流道内的压力脉动剧烈，引发了叶片通过频率振
动。
通过以上实际案例得出此种泵的振动检测方法有效且好用，虽然本案例是在试泵的时候，针对泵安装的时候所发生的振动分析，但是目前很多化工装置中，主泵的主轴上都设置了感应贴片，泵在运行中能时时将振动情况反馈至DCS或者本特利系统，用户可以通过报警或者振动及位移数值去判断振动的情况，找出振动的原因，及时去进行检维修。
4 泵振动检测输出方式未来的趋势
目前对于泵的检测方式多为有线监测，而对于现成的已有的装置来说再布线比较麻烦，因此国内少部分化工装置已经开始铺设无线监测系统，即监测感应贴片直接以无线的方式将数据传送到分析系统，既节省了人力、财力去铺设电缆，也更快更有效的将数据反馈至运维人员，甚至于运维人员使用手机app就能时时掌握泵的运行状态。以下为国内某化工企业某装置中对于泵振动监测采用无线监测的案例。
该厂区无线监测系统看护设备共2122台，覆盖67套装置，各装置主流泵、高危泵（高温油泵、液态烃泵、有毒有害介质泵）实现在线监测全覆盖。
此套群泵监控系统使用以来取得了良好的效果。
1）机泵维修策略从原来以事后维修与人工定期维修的方式逐步转为更加科学可靠可控的预知性维修。
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通过以上案例得出，因国内化工企业厂区内泵的体量很大，事故也不少，工厂要健康发展必须要建立科学、可靠、高效的泵群监测系统，而要在原有的老厂区布置监测探头，有线监测过于繁琐且投入更大，泵的无线监测系统势在必行。
5 结语
通过对目前化工项目中存在的监测离心泵振动的手段，并结合API 670对离心泵设置监测点，由监测点发出信号至DCS或者本特利系统进行振动分析，从而有效的对离心泵在运行过程中出现的振动问题进行时时监控。而对于已经存在的化工装置中的离心泵，也可设置无线监测系统，省去了铺设电缆的环节，是未来监测泵振动输出方式的趋势，对国内装置动设备在稳定运行中有积极的帮助作用。
参考文献
[1] 泵振动原因分析及质量控制，石油化工技术与经济，第32卷2016年第5期
[2] API Std 670-5th《Machinery Protection Systems》
作者简介：
潘子衡（1983-10-7出生），男，浙江宁海人，工程师。从事化工设备采购工作