机泵状态监测系统在设备维修中的应用

机泵状态监测系统在设备维修中的应用

杨龙 张津南 邸治国

大港油田第四采油厂（滩海开发公司） 天津市 300280

摘要：随着经济和科技水平的快速发展，企业规模扩大，设备同时存在使用频率、服役年限和规格型号等差异化现状，如继续沿用计划性维护管理，往往会造成许多过度维修，造成浪费。设备维护的目的是使设备长期处于稳定、高效、安全的运行状态，而如何尽可能降低维修费用又是一个问题。但是，设备无论怎么维护，总有损坏停运的可能，如果停运就要事后维修来保证设备再次运行，即预防维护和事后维修总存在着最优的选择。据估计，企业设备维修方式最合理比例是预防性维修占80%，突发性维修占20%。预防性维修就是在设备稳定运行期间，按照预订设备维护计划对设备进行检查和维护，设备点检是设备预防性维修的一种方式，根据过程检测数据积累，进行设备预防性维修。
关键词：轴承故障；状态监测技术；频谱分析
前言：利用听针诊断轴承故障，这种方法沿用至今。训练有素的人员凭经验能诊断出刚刚发生的疲劳剥落，但影响因素较多、可靠性较差。随着状态监测领域快速发展，滚动轴承的运动学、动力学模型逐渐完善，设备管理人员对轴承的几何尺寸、振动信号的频率成分与轴承缺陷类型三者之间关系有了比较清楚的了解。对机泵运行状态和工况进行实时监测、故障预警和诊断预测，逐步改进维修方式，从事后维修和定时维修过渡到状态维修和预知维修，是流程工业杜绝事故、减少故障、降低生产成本的重要途径。目前，国内外涌现出多种轴承诊断的方法，基于加速度、噪声等不同方式对轴承隐患进行分析，有效保障了设备运行的本质安全。
1、状态监测技术在机泵轴承故障诊断中的应用
  1.1机泵的状态监测
  机泵在炼化装置中占有非常重要的地位，也可以称之为装置的心脏，机泵运行能否在安全可靠的情况下进行，不仅对装置正常生产起着十分关键作用，对装置长周期的运行，以及节能降耗也同样有着重要意义。
  1.2故障机泵简介
  某生产装置顶循回流泵，介质为汽油，2021年7更换泵体及转子。回装后试运行，泵靠联轴器侧轴承处测得烈度为15mm/s，处于D区，振动超标，无法检修交生产。维修车间联系专业诊断人员进行振动数据采集分析。
  1.3分析过程
  现场采用enpac2500精密诊断仪对振动数据进行现场采集，测得轴承箱水平方向烈度15.8mm/s，垂直6.4mm/s，轴向1.2mm/s。泵入口管线烈度9.8mm/s，出口管线烈度10.2mm/s。两侧地脚烈度分别为4.5mm/s和2.4mm/s。时域波形近似正弦曲线，频谱以一倍频为主伴有一定的三倍频分量，不存在2000hz以上分量。对轴承进行包络分析排除轴承故障。烈度最大值位于轴承箱水平方向，主要影响因素为一倍频，怀疑主要原因为动平衡存在问题，其次为地脚支撑刚度不足，次要影响因素为三倍频，经现场询问技术人员此台泵为三叶道结构，实际运行中存在偏离工况问题，推断存在一定的通过频率问题。
  1.4解体检修及二次试运
  机泵停机检修，轴承拆解后发现滚动体、轴承内外滚道光滑。排除轴承质量问题。机泵运行期间设备润滑良好，油质合格。机泵高振动前一段时期内工艺参数未做调整，排除油品质量及工艺操作波动影响。对基础进行二次灌浆，更换全部地脚螺栓。对转轴进行激光测量，排除轴弯曲可能。对转子轮盘进行切削，增加流体通过性降低发生通过频率问题的可能。回装后再次进行试运，轴承箱振动烈度上涨至28.1mm/s，再次停机。
  1.5二次现场故障诊断分析
  试运行中再次使用精密诊断仪对机泵进行数据采集及故障诊断分析，测得机泵轴承箱烈度28.1mm/s，地脚烈度0.2mm/s。时域波形近似平滑的正弦曲线，没有削波现象。频谱图一倍频为主，没有次频及高频分量。经过二次灌浆加固基础支撑刚度，解决地脚烈度超标问题得到了实践的验证。通过切削叶轮降低崩的功率，增加轮盘与泵内壁的距离以增加流体的通过性，降低隔舌处发生流体涡动从而影响流体通过性的情况发生。主要振动频率一倍频进一步增大使检验人员感到非常困惑。与车间及维修人员复盘维修过程中发现本次检修虽然状态监测人员作出进行动平衡的诊断，但检修中并未对转子进行动平衡测试，怀疑轮盘质量不均，对轮盘进行切削后使轮盘质量进一步不均。
  1.6转子动平衡后再次试运
  对转子送专业机构进行动平衡调试，发现转子偏心质量高达46.5g，对转子找正动平衡后再次回装试运，现场采集烈度。轴承箱烈度降至4.4，频谱中一倍频占主导，一倍频幅值下降明显。但2000hz处存在一个幅值较小的分频带。时域波形中存在冲击现象。怀疑由于之前振动过大对滚动轴承造成一定影响，使滚动轴承出现轻微故障。对滚动轴承进行包络分析及倒频谱分析，验证滚动轴承存在早期故障。建议属地严格落实测振规定，对轴承箱处振动及时采集，发现振动或现场噪音变化较大应及时停泵更换轴承。

2、合规管理降低故障影响
  2.1加强机泵状态检测管理
  要求各属地单位机泵操作工用VM63（或BH550）测振仪开展机泵运行监测，每天对运行机泵进行1次全面检测巡检且做好检查记录，遇到异常情况根据设备重要程度及时联系属地单位设备管理人员和机修维修人员开展诊断工作。要求各属地单位设备技术人员用VM63（或BH550）测振仪开展机泵运行监测，每周对运行机泵进行1次离线检测，监测数据以本周实测最高值上报机动处。运维单位机修车间巡检人员每周用VM63（或BH550）测振仪对全厂运行机泵进行1次全面状态检测巡检且做好记录，遇到异常情况根据设备重要程度及时联系属地单位设备管理人员和机修技术人员开展诊断工作。机动处转动设备管理岗位及时汇总每周运行机泵的振动数据，组织机修技术主管、状态监测技术人员对振动监测数据超标的属地单位设备进行现场会诊，帮助属地单位分析问题。
  2.2增加培训提高人员水平
  对技术人员及操作人员进行状态监测基础知识培训，使其了解常见故障发生原因及影响因素。能在日常巡检中及时发现机泵故障。从而降低发生重大事故的概率，从而保障装置长周期运行，使生产效率最大化并降低检维修费用提高经济效益。
结语：轴承优劣是制约机泵设备稳定运行的重要因素。采用合适的监测诊断方式可以及时发现设备故障，对设备安全运行和维护起着至关重要的作用。同时，动轴承是机泵主要基础零部件，也是日常生产运行重点监测对象。轴承故障会导致设备剧烈振动和噪声，甚至引起密封泄漏、设备损坏和起火等重大事故。据不完全统计，机泵故障约有30%以上是滚动轴承引起。即使安装、润滑和使用维护都正常，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳剥落和磨损，无法正常工作。因此，有效判断滚动轴承故障是保证机泵长、稳、优运行的重要课题。针对性地维修节约了大量的维护费用，节约了人力资源，取得了明显的经济效益，全面提升了设备预知维修管理水平。
参考文献：

[1]李明辉，高航，王瑞金.催化裂化装置关键机泵在线监测技术研究及应用[J].新型工业化，2020，10（4）：128-131.
[2]阮波.复杂工况背景下机泵的预知维修研究[J].中国设备工程，2019（3）：73-75.
[3]王帅.机泵振动离线监测与原因分析[J].设备管理与维修，2020（7）：150-151.

[4]师铜墙，焦长安.大型液化天然气（LNG）接收站低温泵的工艺特性及选型[J].水泵技术，2018，（2）.31-34.