空分裝置中冷凍水泵的故障分析及處理方法

王利聰，許敏，張砷釔

空分裝置中冷凍水泵的故障分析及處理方法

王利聰，許敏，張砷釔

（河南龍宇煤化工有限公司，河南 永城 476600）

離心泵是化工生產(chǎn)裝置中使用范圍最廣、數(shù)量最多的動(dòng)設(shè)備之一，故障形式相對(duì)單一，故障原因便于發(fā)現(xiàn)和排查，但發(fā)生故障時(shí)若不能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)，不及時(shí)處理，往往會(huì)演變成特殊的故障現(xiàn)象，多次檢修均不能消除。結(jié)合冷凍水泵的實(shí)際案例，對(duì)長(zhǎng)達(dá)5年之久特殊振動(dòng)現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)述，對(duì)故障原因和處理措施進(jìn)行分析和總結(jié)。

空分；離心泵；振動(dòng)；故障；處理措施

冷凍水泵是空分裝置預(yù)冷系統(tǒng)中重要的動(dòng)設(shè)備之一，水冷塔里經(jīng)過污氮?dú)鈸Q熱的冷凍水，從水冷塔底部流至冷凍水泵入口，經(jīng)冷凍水泵升壓后打至冷水機(jī)組或氨冷卻器中進(jìn)行換熱制冷，后流至空冷塔中部向下噴流，與空冷塔內(nèi)上升空氣進(jìn)行換熱，從而保障空冷塔空氣出口溫度。冷凍水泵的運(yùn)行情況關(guān)系到空冷塔出口溫度的高低和分子篩的吸附效果[1]，夏季時(shí)會(huì)影響空分裝置整體負(fù)荷和產(chǎn)能高低。近幾年來，筆者公司一臺(tái)冷凍水泵振動(dòng)不斷增大，形成一種特殊的振動(dòng)現(xiàn)象，多年內(nèi)采取各種措施，對(duì)其進(jìn)行頻繁檢修，才將此故障消除。

1 冷凍水泵簡(jiǎn)介

本公司冷凍水泵采用廣東肯富來泵業(yè)的單級(jí)端吸臥式離心泵，型號(hào)為KCP100X65-250，轉(zhuǎn)速為 2 900 r·min-1，流量150 m3，揚(yáng)程100 m，葉輪直徑270 mm，汽蝕余量2.5 m。此泵采用機(jī)械密封，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—鎖緊螺母；2—墊片；3—葉輪；4—泵體；5—O型圈；6—泵軸；7—機(jī)械密封； 8—0型圈；9—泵蓋；10—軸承壓蓋；11—軸承；12—軸承箱； 13—三角支架；14—泵軸

驅(qū)動(dòng)端和負(fù)載端軸承分別采用6308-2RS1、6309-2RS1自密封深溝球軸承，軸承箱無加油孔，正常運(yùn)行中無需添加潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑，聯(lián)軸器采用T150六爪聚氨酯梅花墊，由郴州華安的三相異步電機(jī)帶動(dòng)。此泵共設(shè)兩臺(tái)，位號(hào)分別為P01103和P01104（下文簡(jiǎn)稱3號(hào)泵和4號(hào)泵），2007年投用，運(yùn)行狀態(tài)為一開一備，每月15號(hào)和30（31）號(hào)進(jìn)行倒泵運(yùn)轉(zhuǎn)。

2 案例起因

2016年以前，兩臺(tái)冷凍水泵正常運(yùn)行，因使用年限較長(zhǎng)設(shè)備老化，兩臺(tái)水泵的振動(dòng)逐步增長(zhǎng)，但運(yùn)行情況良好，驅(qū)動(dòng)端的水平振動(dòng)范圍為3 mm·s-1左右、垂直端為2.0 mm·s-1左右，負(fù)荷端水平振動(dòng)范圍為1.4 mm·s-1左右、垂直端為1.0 mm·s-1左右，檢修周期約為1至2年一次。2016年4月18日，巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)4號(hào)泵驅(qū)動(dòng)側(cè)振動(dòng)較高，水平方向 5.0 mm·s-1，垂直方向2.8 mm·s-1。對(duì)其進(jìn)行檢修處理，至此4號(hào)泵振值開始不斷上漲。

3 處理過程與措施

3.1 更換軸承與復(fù)查對(duì)中

2016年4月18日，經(jīng)過檢查與分析，懷疑為軸承損壞，拆檢更換前后軸承[2]，振動(dòng)稍有降低，水平方向4.0 mm·s-1，垂直方向2.0 mm·s-1，但未達(dá)到以前的振動(dòng)值。之后進(jìn)行復(fù)查對(duì)中，但振動(dòng)未再降低。

3.2 再次更換軸承

因?qū)χ袕?fù)查無異常，懷疑為軸承裝配異常。因軸承加熱器損壞，軸承采用火焰加熱法安裝，使用乙炔火焰進(jìn)行加熱，因溫度不易掌握[3]，懷疑加熱溫度較高，軸承加熱不均勻，導(dǎo)致軸承損壞。待軸承加熱器正常后，再次拆檢更換軸承，加熱溫度100 ℃，安裝后振動(dòng)未下降。

3.3 更換電機(jī)

因泵振動(dòng)未下降，且泵已拆檢多次，懷疑電動(dòng)機(jī)有問題，聯(lián)系電氣部門進(jìn)行更換電機(jī)，振動(dòng)依舊，暫排除電機(jī)異常問題，進(jìn)行長(zhǎng)周期試泵運(yùn)轉(zhuǎn)，運(yùn)行過程中振動(dòng)未出現(xiàn)明顯上升，泵體溫度50 ℃左右，投入正常使用，交替運(yùn)行。

3.4 對(duì)軸及軸承箱進(jìn)行測(cè)量

2017年2月，4號(hào)泵振值開始增長(zhǎng)，驅(qū)動(dòng)側(cè)水平方向8.0 mm·s-1，垂直方向3.8 mm·s-1，對(duì)其拆檢更換軸承，并使用V型鐵和百分表，對(duì)泵軸進(jìn)行打表檢查圓周跳動(dòng)，發(fā)現(xiàn)泵軸的跳動(dòng)值符合要求，未出現(xiàn)彎曲等現(xiàn)象，暫排除泵軸。更換軸承回裝進(jìn)行試機(jī)，振值未變化，新更換軸承為skf的6308-2RS1、6309-2RS1，再次懷疑是否為軸承批次問題，新軸承存在故障、游隙較小等，導(dǎo)致運(yùn)行時(shí)震動(dòng)較大，為此將軸承更換為nsk的6309-2Z/C3、6308-2Z/C3，試運(yùn)行后振值未變化，再次排除軸承問題。對(duì)泵軸的軸肩、軸承內(nèi)孔、軸承外徑、軸承箱的軸承座進(jìn)行測(cè)量和檢查，發(fā)現(xiàn)泵軸承箱的驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承孔出現(xiàn)磨損現(xiàn)象，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，軸承的外徑符合軸承的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，但軸承箱的軸承內(nèi)孔尺寸偏大，大出正常范圍值0.5 mm，此處軸承型號(hào)為6308-2RS1，軸承在拆裝過程中較為輕便。因此，判定為軸承箱驅(qū)動(dòng)側(cè)軸承孔座磨損，因軸承箱形狀復(fù)雜，材質(zhì)為鑄鐵，廠內(nèi)無法焊接加工，遂對(duì)軸承孔進(jìn)行打麻點(diǎn)后安裝軸承[4]，后進(jìn)行安裝試泵，此泵振動(dòng)仍未降低，進(jìn)行備泵運(yùn)行，同時(shí)加急采購原廠的軸承箱。

3.5 更換泵軸、泵殼

因此泵的運(yùn)行狀態(tài)為一開一備，每月的15號(hào)和30（31）號(hào)進(jìn)行倒泵運(yùn)轉(zhuǎn)，在試泵期間對(duì)泵體進(jìn)行劃線做標(biāo)記，進(jìn)行每班一次定點(diǎn)測(cè)振，觀察振動(dòng)的波動(dòng)情況，無擴(kuò)大趨勢(shì)后，進(jìn)行正常使用，并加強(qiáng)運(yùn)行監(jiān)測(cè)。同時(shí)在原廠的新泵軸到貨時(shí)，利用機(jī)會(huì)對(duì)泵軸進(jìn)行了更換，但振值未有明顯的變化，同時(shí)發(fā)現(xiàn)泵殼在運(yùn)行期間流水沖刷嚴(yán)重，多次焊接均無法徹底消除并出現(xiàn)了裂紋現(xiàn)象，更換原廠泵殼。

3.6 更換新原廠軸承箱

2018年4月，待原廠的軸承箱到貨后，利用機(jī)會(huì)對(duì)軸承箱進(jìn)行更換，更換前此泵的驅(qū)動(dòng)端的水平振動(dòng)已升至10.4 mm·s-1左右、垂直端為6.0 mm·s-1左右，負(fù)荷端水平振動(dòng)已升至5.8 mm·s-1左右、垂直端為3.5 mm·s-1左右，更換新的原廠軸承箱后，兩軸承振動(dòng)大，驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)振值升至16 mm·s-1左右、垂直端為10 mm·s-1左右，溫度上漲快，5分鐘約45 ℃，并出現(xiàn)機(jī)組增漲現(xiàn)象，經(jīng)過多次拆裝與嘗試，發(fā)現(xiàn)采用新軸承箱振值不僅未降低，且多次上升，無法使用，為此仍換回原有軸承箱，驅(qū)動(dòng)端水平振動(dòng)穩(wěn)定至10 mm·s-1左右、垂直端為 6.0 mm·s-1左右，溫度20 ℃左右，長(zhǎng)周期運(yùn)行時(shí)振值無變化，經(jīng)試運(yùn)行后長(zhǎng)周期備泵。

3.7 國(guó)產(chǎn)軸承箱的嘗試

4月18日，經(jīng)過檢查與分析，懷疑為軸承損壞，拆檢更換前后軸承，振動(dòng)稍有降低，水平方向 4.0 mm·s-1，垂直方向2.0 mm·s-1，但未達(dá)到以前的振動(dòng)值。后進(jìn)行復(fù)查對(duì)中，但振動(dòng)未再降低。

3.8 更換新泵

因各項(xiàng)措施均無法消除此異常振動(dòng)，為此加急采購了一臺(tái)同型號(hào)、同廠家的新泵，在此期間，正常運(yùn)行時(shí)振值為：驅(qū)動(dòng)端水平側(cè)10.4 mm·s-1左右、垂直端為6.0 mm·s-1左右。軸承故障時(shí)的振動(dòng)為：驅(qū)動(dòng)端水平側(cè)15.9 mm·s-1左右、垂直端為9.0 mm·s-1左右，故障周期約為半年一次。2019年5月份新泵到達(dá)，為保證新泵的運(yùn)行質(zhì)量，減少裝配誤差，對(duì)新泵進(jìn)行整體安裝，脫開舊泵進(jìn)、出口法蘭和地腳等螺絲，采用整體更換新泵的方式，試運(yùn)行時(shí)驅(qū)動(dòng)端水平側(cè)30 mm·s-1左右、垂直端為15 mm·s-1左右，復(fù)查對(duì)中，調(diào)整靠背輪間隙，緊固泵體驅(qū)動(dòng)端側(cè)三角支撐架，對(duì)電機(jī)進(jìn)行檢查、更換等，驅(qū)動(dòng)端水平側(cè)降低至15 mm·s-1左右、垂直端為8 mm·s-1左右，軸承溫度上漲較快，仍無法正常使用。

對(duì)水泵進(jìn)出口管線進(jìn)行檢查、測(cè)振，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口管道振動(dòng)較大，出口止回閥振值較大，對(duì)進(jìn)出口法蘭進(jìn)行脫開，并將泵安裝牢固，并與電機(jī)進(jìn)行對(duì)中，發(fā)現(xiàn)進(jìn)出口法蘭錯(cuò)位嚴(yán)重，螺栓孔存在錯(cuò)位、偏移，如果強(qiáng)行安裝，則存在較大的應(yīng)力無法消 除[5]。將進(jìn)出口管線進(jìn)行切割，先與泵體法蘭進(jìn)行對(duì)眼安裝，后焊接進(jìn)出口管道，焊接完畢后重新緊固進(jìn)出口法蘭。再次對(duì)泵進(jìn)行對(duì)中，試機(jī)后振值水平4 mm·s-1左右、垂直端為2 mm·s-1左右，運(yùn)行正常，開始正常運(yùn)行，運(yùn)行周期約半年。

3.9 振動(dòng)再次異常上升

2020年2月21日，點(diǎn)檢時(shí)發(fā)現(xiàn)兩臺(tái)冷凍水泵振動(dòng)同時(shí)上升，現(xiàn)對(duì)3號(hào)泵進(jìn)行檢修，3號(hào)泵電機(jī)聲音異常，驅(qū)動(dòng)側(cè)水平振動(dòng)上漲至6 mm·s-1，拆檢發(fā)現(xiàn)軸承損壞，更換軸承及機(jī)封[6]。試機(jī)聲音正常，振動(dòng)4 mm·s-1，但與前期運(yùn)行狀況相比，振值稍有上升趨勢(shì)。22日對(duì)4號(hào)泵進(jìn)行拆檢，4號(hào)泵電機(jī)聲音異常，流量下降，振值上升至6 mm·s-1，更換前后軸承及機(jī)封，對(duì)中數(shù)據(jù)在10道以內(nèi)，試機(jī)后振值較大，上升至9 mm·s-1。懷疑泵頭內(nèi)部葉輪未裝牢固、或有剮蹭，泵頭內(nèi)部出現(xiàn)損壞等現(xiàn)象[7]，但拆檢后一切正常，先觀察運(yùn)行。

2020年3月28日，4號(hào)泵泵體振動(dòng)上升至 12 mm·s-1，對(duì)其進(jìn)行更換軸承，同時(shí)檢查進(jìn)出口管線，但安裝后振值仍無變化，只能繼續(xù)觀察運(yùn)行。7月4日，發(fā)現(xiàn)3號(hào)泵泵體振動(dòng)突然增大至40 mm·s-1，立即對(duì)泵進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)聯(lián)軸器彈性墊損壞，更換聚氨酯彈性墊，同時(shí)對(duì)泵進(jìn)行了拆檢，試運(yùn)行正常。在后期倒泵中，發(fā)現(xiàn)4號(hào)泵出口閥內(nèi)漏較大，開關(guān)無反應(yīng)，4號(hào)泵停泵后出現(xiàn)倒轉(zhuǎn)現(xiàn)象，只能將4號(hào)泵進(jìn)口閥關(guān)閉，但因壓力較高，泵前過濾器年限長(zhǎng)，壁厚腐蝕造成殼體泄漏，為避免加劇，啟4號(hào)泵長(zhǎng)期運(yùn)行。

3.10 加固基座支撐

直至12月份短停小修，對(duì)4號(hào)泵進(jìn)行更換出口閥和過濾器，檢查止回閥，因長(zhǎng)期運(yùn)行半年，對(duì)其例行拆檢，更換軸承和機(jī)封，但安裝后振值上升，上升至15 mm·s-1，對(duì)其進(jìn)行復(fù)查，但未發(fā)現(xiàn)異常，再次更換泵頭，安裝前期的舊泵頭，試泵后未變化。因新過濾器體積較大，且未拆開檢查，懷疑新過濾器內(nèi)部堵塞，拆檢過濾器發(fā)現(xiàn)無異常，對(duì)進(jìn)口管道進(jìn)行檢查[8]，但因時(shí)間較短，公司內(nèi)窺鏡長(zhǎng)度有限，在可及范圍內(nèi)未見異常，同時(shí)對(duì)水冷塔底部進(jìn)行了清淤，均未發(fā)現(xiàn)異常。懷疑新過濾器較重，造成管道應(yīng)力，對(duì)泵體進(jìn)出口管道法蘭脫開，發(fā)現(xiàn)無偏移等，使用螺旋千斤頂、枕木等對(duì)進(jìn)口、出口管道進(jìn)行支撐測(cè)試，發(fā)現(xiàn)振動(dòng)稍有降低，但作用不大。對(duì)蝸殼、進(jìn)口管道、出口管道、止回閥、泵體等各部位進(jìn)行測(cè)振，發(fā)現(xiàn)振值均偏高，后對(duì)泵體底部基座及支撐進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)基座震動(dòng)較大，懷疑為年限較長(zhǎng)，出現(xiàn)腐蝕減薄，降低了承受力[9]，對(duì)其使用鋼板做三角板進(jìn)行加固，加固前后如圖1、圖2所示，加固后振值降低至10 mm·s-1，進(jìn)行備泵。

圖2 加固前

圖2 加固后

3.11 更換梅花墊

公司前期使用的梅花墊大多為聚氨酯和橡膠材質(zhì)，后因聚氨酯較為耐磨，使用周期長(zhǎng)，后期所購買的均以聚氨酯材質(zhì)為主，顏色為青綠色或黃綠色，硬度較大[10]，在其他動(dòng)設(shè)備運(yùn)行中，使用效果良好。4號(hào)泵在前期的維修過程中，也曾更換過各種材質(zhì)的梅花墊，但效果甚微。2021年3月29日，4號(hào)泵振動(dòng)突然上升至19 mm·s-1，因前期新、老泵頭在使用過程中振值相同，為減少現(xiàn)場(chǎng)檢修時(shí)間，直接進(jìn)行更換泵頭。同時(shí)經(jīng)與供貨商聯(lián)系，到貨了橙黃色的梅花墊，此梅花墊硬度低，材質(zhì)柔軟，彈性大，便對(duì)梅花墊進(jìn)行了更換，試機(jī)后驅(qū)動(dòng)端水平振值 3.8 mm·s-1，垂直振值1 mm·s-1，泵體振值正常，聲音正常，軸承溫度較低，長(zhǎng)周期試運(yùn)行，振值未出現(xiàn)變化。

4 結(jié)束語

1）雖然單級(jí)端吸離心泵結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，相比其他形式的離心泵而言，故障形式單一，故障原因便于發(fā)現(xiàn)和排查，但遇見特殊的振動(dòng)現(xiàn)象時(shí)，往往是由多種因素組合而成，對(duì)于特殊的振動(dòng)現(xiàn)象，必須逐步去排查和嘗試，盡早消除異常振動(dòng)，可以減少設(shè)備的損壞程度。

2）此泵在維修期間，也曾換過不同的梅花墊，但均未達(dá)到理想狀態(tài)，且聚氨酯梅花墊在同種型號(hào)的泵中運(yùn)行正常；同種型號(hào)的泵在正常運(yùn)行中，會(huì)根據(jù)自身的運(yùn)行情況而出現(xiàn)自身獨(dú)有的損傷，導(dǎo)致同一種梅花墊在同一型號(hào)的泵中不一定適用。

3） 材質(zhì)較軟的梅花墊受到擠壓易出現(xiàn)變形等現(xiàn)象，而材質(zhì)較硬的梅花墊，容易出現(xiàn)破碎的現(xiàn)象，當(dāng)梅花墊出現(xiàn)擠壓變形、破碎等均會(huì)導(dǎo)致泵的振動(dòng)突然增大，且上升較快，振值較高。

4）離心泵出現(xiàn)振動(dòng)增大時(shí)，通常首先考慮的便是軸承是否損壞，對(duì)中是否完好，而更多的忽略梅花墊的因素。梅花墊的材質(zhì)與離心泵的振動(dòng)息息相關(guān)，不同材質(zhì)的梅花墊，成分不同，硬度不同，彈性亦不同；即使同種材質(zhì)的梅花墊，所含的成分亦不同。使用不同材質(zhì)的梅花墊，同種工況下會(huì)產(chǎn)生不同的振值，選擇合適的梅花墊，有利于泵的長(zhǎng)周期運(yùn)行。

[1] 賈旭東.如何降低大型空分裝置空冷塔出口空氣溫度[J].神華科技，2019，17（7）：76-78.

[2] 吳立業(yè)，程英輝.透平壓縮機(jī)電動(dòng)機(jī)的振動(dòng)故障診斷及現(xiàn)場(chǎng)動(dòng)平衡[J].冶金動(dòng)力，2017（5）：29-30.

[3] 張臣利，杜強(qiáng)，蔣立峰.離心泵自激振動(dòng)原因分析及解決措施[J].遼寧化工，2019，48（2）：188-190.

[4] 張翼飛，楊悅來，謝小青.管路受力誘發(fā)高揚(yáng)程離心泵振動(dòng)加劇原因分析[J].水泵技術(shù)，2021（3）：25-29.

[5] 彭濤.離心泵機(jī)械密封泄漏現(xiàn)象及維護(hù)對(duì)策研究[J].現(xiàn)代制造技術(shù)與裝備，2021，57（6）：127-128.

[6] 張朋朋，毋喜變，高慧洋.熔融尿素升壓泵故障處理[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2013，39（1）：55-56.

[7] 肖樹劍，彭濤.離心泵機(jī)械結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計(jì)策略[J].內(nèi)燃機(jī)與配件，2021（7）：94-95.

[8] 劉勇.離心泵的性能特點(diǎn)及應(yīng)用[J].化工設(shè)計(jì)通訊，2018，44（8）：94.

[9] 王濤，張永群，陳曦，等.基于裝配式技術(shù)加固的砌體墻片的力學(xué)性能研究[J].工程力學(xué)，2014，31（8）：144-153.

[10] 侯松. 齒輪泵運(yùn)行故障原因分析及對(duì)策[J].大氮肥，2019（S02）：3．

Fault Analysis and Treatment of Chilled Water Pump in Air Separation Unit

,,

（Henan Longyu Coal Chemical Co., Ltd., Yongcheng Henan 476600, China）

Centrifugal pump is one of the most widely used and numerous moving equipments in chemical production units. The failure form is relatively single, and the cause of the failure is easy to find and troubleshoot. However, if the failure is not found and handled in time, it will often evolve into a special failure phenomenon, which cannot be eliminated after repeating maintenance. Combined with the actual case of chilled water pump, the special vibration phenomenon for five years was briefly described, the fault causes and treatment measures were analyzed and summarized.

Air separation; Centrifugal pump; Vibration; Fault; Treatment measures

2021-08-02

王利聰（1989-），男，山東省金鄉(xiāng)縣人，工程師， 2021年畢業(yè)于青島理工大學(xué)，研究方向：化工機(jī)械。

TQ050.7

A

1004-0935（2022）03-0346-04