引言

甲醇泵是某公司低溫甲醇洗裝置的核心設(shè)備,其主要作用是給低溫甲醇洗裝置提供適當(dāng)?shù)募状佳h(huán)流量和壓力,通過甲醇來吸收原料氣組分中的CO2、H2S等介質(zhì),從而保證低溫甲醇洗裝置產(chǎn)品氣體指標滿足專利商設(shè)計要求。

該泵由國內(nèi)某公司制造,型號為HDD800-140,屬ApI 610規(guī)定的BB2標準泵型,其額定流量774.8 m3/h,額定揚程155 m,額定轉(zhuǎn)速1 480 r/min,配套電機功率450 kW。該泵工作狀態(tài)下入口壓力0.167 Mpa(G),入口溫度33.72℃,出口壓力1.34 Mpa(G)。

在項目建設(shè)過程中,現(xiàn)場安裝完畢后單體試車時發(fā)現(xiàn)該泵振動超標,其中非驅(qū)動端垂直方向振動值高達7.03 mm/s,軸承箱其余各點測試數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)某公司機泵運行管理規(guī)定,該泵允許長期運行的振動限值為不高于2.8 mm/s。因此,根據(jù)現(xiàn)場測試情況,該泵的振動值遠遠超過振動限值,需進行原因分析及治理。

1振動原因分析

現(xiàn)場測試發(fā)現(xiàn)泵的非驅(qū)動端軸承箱振動超標后,立即組織泵的制造商、設(shè)計單位、工程總承包及分包單位、項目監(jiān)理等各方人員進行分析。通過調(diào)閱泵的出廠性能測試報告,發(fā)現(xiàn)該泵在出廠測試時各點的振動數(shù)值普遍不高,均在2.8 mm/S以下,出廠試驗滿足API 610規(guī)定的小于3.0 mm/S的要求。項目設(shè)計單位從該泵的管道設(shè)計、流體設(shè)計、支架設(shè)計等多個角度對泵的進、出口管路系統(tǒng)進行全面復(fù)核,排除了設(shè)計方面的問題。工程總承包及分包單位、項目監(jiān)理分別從泵安裝過程中的水平驗收、灌漿、無應(yīng)力檢查、對中檢查等各方面再次進行了檢查,排除了設(shè)備安裝過程中可能出現(xiàn)的問題。

根據(jù)泵的試驗情況及各方意見,由于該泵驅(qū)動端振動值滿足要求,暫定先對泵的非驅(qū)動端軸承箱進行檢查,以期排除機械方面的問題。經(jīng)過檢查,泵的軸承完好,各配合間隙滿足裝配要求。為進一步分析非驅(qū)動端軸承箱垂直方向振動高的原因,使用離線振動分析儀對甲醇泵振動情況進行了頻譜分析。

非驅(qū)動端軸承箱垂直方向頻譜如圖1所示。

可以看到,頻譜上主要的峰值為6倍頻(6X)和12倍頻(12X),即1倍和2倍的葉片通過頻率1VP和2VP。同時也能發(fā)現(xiàn)7倍頻(7X),7倍頻(7X)因葉片通過頻率產(chǎn)生。

由于甲醇泵驅(qū)動端及非驅(qū)動端各測點的振動值差異較大,尤其是在非驅(qū)動端垂直方向表現(xiàn)最為明顯,故進一步對軸承箱進行了敲擊測試。

非驅(qū)動端軸承箱垂直方向敲擊測試結(jié)果如圖2所示。

通過測試結(jié)果可以看到,非驅(qū)動端軸承箱垂直方向存在121、146~156、270、317~327、370 Hz固有頻率,如表2所示。

通過頻譜分析及敲擊測試分析可知,頻譜上主要的峰值存在于6倍頻(約150 Hz)、12倍頻(300 Hz)、7倍頻(175 Hz)。敲擊測試分析顯示,非驅(qū)動端軸承箱垂直方向存在146~156 Hz的固有頻率,該頻率與泵的葉片通過頻率發(fā)生了重合,在泵的運行過程中,軸承箱在葉片通過頻率的激勵下發(fā)生共振,從而引起非驅(qū)動端軸承箱垂直方向振動值超標。

鑒于振動測試的結(jié)果,各方對制造商提供的出廠測試報告提出質(zhì)疑。經(jīng)過進一步溝通,制造商答復(fù)由于廠內(nèi)試驗條件有限,在出廠測試時并沒有連接軸承箱冷卻水管路,不排除軸承箱冷卻水管路對軸承箱垂直方向的固有頻率產(chǎn)生了影響,從而引起軸承箱垂直方向共振。

2振動治理

API 610中將軸承箱的共振試驗納入可選試驗,同時建議在固有頻率和激勵頻率之間應(yīng)存在一個安全的間隙范圍,包括但不限于轉(zhuǎn)速的1倍頻、2倍頻、3倍頻;葉輪通過頻率的1倍頻、2倍頻等。通常情況下,制造商在設(shè)計時應(yīng)避免泵的工作頻率或葉輪通過頻率處于共振區(qū),且至少應(yīng)保留25%的安全余量。顯然,甲醇泵的制造商忽略了上述情況。

振動是作用力與剛度的比率,即:

某公司甲醇泵振動高的原因為葉輪通過頻率與非驅(qū)動端垂直方向固有頻率發(fā)生了重合,在泵的運行過程中,軸承箱在葉片通過頻率的激勵下發(fā)生共振,從而引起垂直方向振動值超標。因此,解決振動超標有兩個方向:第一,減小葉輪通過頻率下的激勵力;第二,增加非驅(qū)動端軸承箱垂直方向的剛度。

國內(nèi)外有關(guān)研究表明,雙吸泵錯列葉輪布置方案對葉輪通過頻率的抑制有顯著效果[1]。當(dāng)前,錯列葉輪結(jié)構(gòu)已在雙吸泵的設(shè)計中被廣泛采用,實踐證明雙吸葉輪葉片錯列一定角度后可以顯著降低泵內(nèi)壓力脈動,某些工況下,其葉頻能量抑制效果可高達80%[2]。Fu—Jun wang等對均勻錯列葉輪的雙吸泵進行了振動測試與分析,認為泵體的振動主要是由葉輪—蝸舌動靜干涉作用引起的[3]。

綜上,錯列葉輪可以有效抑制雙吸泵內(nèi)動靜干涉誘發(fā)的壓力脈動能量,從而有效減小葉頻產(chǎn)生的激振力。

根據(jù)頻譜分析及敲擊測試分析結(jié)果,制造商對泵的葉輪進行了重新設(shè)計,將原設(shè)計的6葉片葉輪更改為7葉片葉輪,如圖3所示;同時對泵的水力學(xué)計算進行了優(yōu)化;另外,泵的軸承箱也進行了重新設(shè)計,并進行固有頻率模擬測算,以避免再次出現(xiàn)同樣的問題。

新的葉輪及軸承箱制造完成后,現(xiàn)場組織進行了更換,在隨后的測試中,泵的振動顯著下降,各測點振動值如表3所示。

3結(jié)束語

隨著社會經(jīng)濟的不斷發(fā)展,新建煉化企業(yè)大型化、規(guī)模化已然成為常態(tài)。這些企業(yè)普遍具有加工流程長、上下游聯(lián)動緊密的生產(chǎn)特點,任意一個流程中斷,都將給上下游穩(wěn)定運行帶來嚴重影響。

離心泵歷來是大型煉化企業(yè)工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備,一旦出現(xiàn)振動故障,輕則導(dǎo)致設(shè)備零部件損壞,重則導(dǎo)致加工流程中斷,必然給企業(yè)經(jīng)濟效益帶來重大損失。新形勢下,煉化企業(yè)盈利空間不斷收縮,設(shè)備檢維修費用控制日益嚴格,各單位對機泵振動水平管理也日益嚴格。近年來,關(guān)鍵機泵在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用為企業(yè)機泵振動治理提供了良好的平臺,同時也為提高企業(yè)經(jīng)濟效益提供了根本保障。

筆者通過對某煉化企業(yè)甲醇泵振動故障進行分析,利用頻譜分析及敲擊測試表現(xiàn)出的故障特征,結(jié)合國內(nèi)外相關(guān)文獻的研究成果,綜合分析故障原因,以此為依據(jù)提供治理意見并組織實施,高效解決了文中所述設(shè)備振動超標的問題,為設(shè)備長周期穩(wěn)定運行提供了本質(zhì)保障,因而具有一定的借鑒意義。