趙子龍

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶 163711）

0 引言

煉油廠140 萬(wàn)噸/年催化裂化輕柴油泵P206/1、2 是裝置的重要設(shè)備，該泵主要技術(shù)參數(shù)如下：操作溫度193 ℃；輸送介質(zhì)為輕柴油；設(shè)計(jì)流量為131.5 m3/h；揚(yáng)程250 m；出口壓力2.29 MPa；轉(zhuǎn)速2980 r/min；電機(jī)功率185 kW。

機(jī)泵作為化工生產(chǎn)行業(yè)中的核心設(shè)備，其運(yùn)行可靠性直接關(guān)系到化工生產(chǎn)的效益，同時(shí)也影響到機(jī)泵設(shè)備的使用壽命，但是，在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，由于振動(dòng)故障的發(fā)生，直接影響機(jī)泵設(shè)備的運(yùn)行效率與使用壽命。因此，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)泵振動(dòng)問(wèn)題的有效分析與完善解決至關(guān)重要。

1 故障介紹

根據(jù)板塊公司的指導(dǎo)意見(jiàn)，煉油廠機(jī)泵振動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行GB/T 29531—2013《泵的振動(dòng)測(cè)量與評(píng)價(jià)方法》，泵的振動(dòng)級(jí)別分為A、B、C、D 共4 級(jí)[1]：①A 區(qū)新交付使用的泵，應(yīng)達(dá)到的狀態(tài)或優(yōu)良狀態(tài)；②B 區(qū)泵可以長(zhǎng)期運(yùn)行或合格狀態(tài)；③C 區(qū)泵尚可短期運(yùn)行但必須采取相應(yīng)治理措施；④D 區(qū)為泵不允許運(yùn)行狀態(tài)。

煉油廠催化裝置輕柴油泵振值間歇性升高，經(jīng)常出現(xiàn)振動(dòng)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，偶發(fā)高點(diǎn)振動(dòng)4H 點(diǎn)達(dá)到5.24 mm/s，進(jìn)入C 區(qū)運(yùn)行，輕柴油泵的測(cè)振點(diǎn)布置如圖1 所示。多次采取大修工作，更換軸承、葉輪、轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡等措施后，振動(dòng)短期下降，運(yùn)行一段時(shí)間后仍出現(xiàn)振值超標(biāo)的問(wèn)題。設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)不良，嚴(yán)重威脅著裝置的安全生產(chǎn)，所以亟需對(duì)該振動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行治理。

圖1 輕柴油泵測(cè)振點(diǎn)布置

2 振動(dòng)原因分析

P206/2 驅(qū)動(dòng)端頻譜如圖2 所示，根據(jù)使用SPM 數(shù)采儀采集振動(dòng)的頻譜及導(dǎo)致產(chǎn)生振動(dòng)的可能原因分析如下。

圖2 P206/2 驅(qū)動(dòng)端頻譜

2.1 軸系不平衡[2]

該泵進(jìn)行過(guò)多次大修，轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡精度滿足ISO1940：2003《機(jī)械振動(dòng)》標(biāo)準(zhǔn)精度G2.5 級(jí)要求，測(cè)量軸彎曲為0.02 mm，滿足要求，且經(jīng)過(guò)頻譜采集并不是以一倍頻為主導(dǎo)，此項(xiàng)原因排除。

2.2 同心度超差

同心度超差即機(jī)泵與電機(jī)不對(duì)中，該泵選用膜片聯(lián)軸器，檢修后的對(duì)中數(shù)據(jù)：徑向0.08 mm，軸向0.05 mm。符合SHS 01013—2019《離心泵維護(hù)檢修規(guī)程》中膜片聯(lián)軸器對(duì)中要求[3]，并且頻譜中無(wú)明顯的二倍頻痕跡，此項(xiàng)原因排除。

2.3 內(nèi)件碰摩

機(jī)泵內(nèi)部的動(dòng)靜部件發(fā)生碰磨，動(dòng)靜部件發(fā)生碰磨主要是葉輪口環(huán)與殼體口環(huán)間隙小、或者存在變形。解體檢查葉輪與殼體口環(huán)完好，測(cè)量葉輪口環(huán)處跳動(dòng)0.05 mm，測(cè)量口環(huán)間隙0.6 mm，滿足SHS 01013—2019《離心泵維護(hù)檢修規(guī)程》中要求，此項(xiàng)原因排除。

2.4 部件松動(dòng)

機(jī)泵泵組地腳螺栓或泵內(nèi)部部件松動(dòng)也可造成振動(dòng)頻發(fā)，經(jīng)過(guò)解體檢查，逐一檢查均無(wú)松動(dòng)問(wèn)題，此項(xiàng)原因排除。

2.5 軸承及潤(rùn)滑問(wèn)題

因泵多次檢修，更換不同品牌進(jìn)口軸承，質(zhì)檢合格，軸承質(zhì)量能夠得到保證，檢查車間潤(rùn)滑油添加記錄及巡檢視頻均無(wú)問(wèn)題，此項(xiàng)原因排除。

2.6 共振

機(jī)泵的通過(guò)頻率與管系的固有頻率相同，產(chǎn)生共振現(xiàn)象。根據(jù)采集的頻譜圖，泵轉(zhuǎn)速2980 r/min，振動(dòng)頻率約以1.25 倍頻為主，與泵葉片數(shù)量并不重疊，此項(xiàng)原因排除。

2.7 泵本體結(jié)構(gòu)原因

根據(jù)圖2 頻譜分析，振動(dòng)頻率以1.25 倍頻為主，頻譜以非倍頻為主導(dǎo)，存在殼體支撐剛性弱的問(wèn)題，同時(shí)查閱泵出廠資料，軸承箱、泵蓋并不滿足API 610—2010《石油、石化和天然氣工業(yè)用離心泵》規(guī)定的可承受二倍管口力矩的載荷。此項(xiàng)是造成振動(dòng)頻發(fā)的原因之一。

2.8 工藝操作原因

該泵出口流程分3 路，合計(jì)的流量經(jīng)過(guò)計(jì)算約90 m3/h，泵的額定流量為131.5 m3/h，二者比值為68.4%，不在API 610規(guī)定泵的允許工作區(qū)70%～120%的范圍之內(nèi)，更不在優(yōu)先工作區(qū)80%～110%的范圍之內(nèi)，勢(shì)必會(huì)造成泵的振值增加，此項(xiàng)也是造成振動(dòng)頻發(fā)的原因之一。

3 泵結(jié)構(gòu)改造方案

根據(jù)對(duì)造成泵振動(dòng)的原因分析，提出將泵的軸承箱加強(qiáng)設(shè)計(jì)，泵軸加粗，同時(shí)將葉輪進(jìn)行重新優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高水力效率。具體方案如下：①改造前鑄造的泵蓋，結(jié)構(gòu)單薄，改造為強(qiáng)度高的鍛造泵蓋；②將4 葉片葉輪改造為5 葉片葉輪，避免與雙流道的泵體產(chǎn)生水力激振，減小振動(dòng)能量，優(yōu)化葉輪水力模型；③將普通的軸承支架，改造為重型軸承支架，提高強(qiáng)度；④原前軸承冷卻腔是環(huán)形的，不完全符合API 610 規(guī)定，改造后是油室冷卻腔，符合API 610 規(guī)定[4]；⑤將前軸承處的軸徑由60 mm 加粗至65 mm，相應(yīng)的前徑向軸承型號(hào)由NU312 改造為NU313，止推軸承型號(hào)由7312BDB 改造為7313BDB，加大后能夠增加軸承的承載能力，提高使用壽命；⑥改造前后泵結(jié)構(gòu)對(duì)比如圖3和圖4 所示。

圖3 改造前結(jié)構(gòu)

圖4 改造后結(jié)構(gòu)

根據(jù)流量不在泵的允許工作范圍之內(nèi)的現(xiàn)象，并結(jié)合工藝運(yùn)行情況，泵出口壓力可降低至1.8 MPa，泵設(shè)計(jì)揚(yáng)程為250 m，根據(jù)運(yùn)行揚(yáng)程計(jì)算公式[5]：

揚(yáng)程可降低至約為190 m，根據(jù)離心泵的切割定律[6]計(jì)算后，葉輪外徑由430 mm 降低至395 mm，此時(shí)對(duì)應(yīng)的泵的額定流量降為100 m3/h，切割后泵工作流量點(diǎn)落在90%的位置，處在泵的高效區(qū)間以內(nèi)，對(duì)于泵的運(yùn)行振動(dòng)效果有利且能降低泵的軸功率，進(jìn)而降低運(yùn)行電流。

4 改造效果

2021 年8 月利用裝置窗口檢修期，完成了P-206/2 改造工作，投入運(yùn)行后泵最大振動(dòng)值由5.24 mm/s 降低至1.1 mm/s，由C區(qū)進(jìn)入A 區(qū)運(yùn)行。同時(shí)電機(jī)電流下降95 A，節(jié)能效果明顯，經(jīng)計(jì)算每年可節(jié)約電能53.14 kW，電費(fèi)約為26.53 萬(wàn)元。

5 結(jié)束語(yǔ)

催化裝置輕柴油泵的改造，從根本上解決了設(shè)備的振動(dòng)問(wèn)題，并且結(jié)合流量偏離和工藝參數(shù)壓力存在富余的現(xiàn)象，對(duì)葉輪進(jìn)行改造切割，節(jié)能效果非常明顯，對(duì)相似情況的機(jī)泵改造積累經(jīng)驗(yàn)，在目前板塊公司開展的振動(dòng)機(jī)泵C、D 區(qū)治理和提質(zhì)增效工作方面也意義重大。