甲醇泵異常振動(dòng)分析及處理

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(guò)甲醇來(lái)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(biāo)滿(mǎn)足專(zhuān)利商設(shè)計(jì)要求。

該泵由國(guó)內(nèi)某公司制造,型號(hào)為HDD800-140,屬ApI 610規(guī)定的BB2標(biāo)準(zhǔn)泵型,其額定流量774.8 m3/h,額定揚(yáng)程155 m,額定轉(zhuǎn)速1 480 r/min,配套電機(jī)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(xiàng)目建設(shè)過(guò)程中,現(xiàn)場(chǎng)安裝完畢后單體試車(chē)時(shí)發(fā)現(xiàn)該泵振動(dòng)超標(biāo),其中非驅(qū)動(dòng)端垂直方向振動(dòng)值高達(dá)7.03 mm/s,軸承箱其余各點(diǎn)測(cè)試數(shù)據(jù)如表1所示。

根據(jù)某公司機(jī)泵運(yùn)行管理規(guī)定,該泵允許長(zhǎng)期運(yùn)行的振動(dòng)限值為不高于2.8 mm/s。因此,根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試情況,該泵的振動(dòng)值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)振動(dòng)限值,需進(jìn)行原因分析及治理。

1振動(dòng)原因分析

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試發(fā)現(xiàn)泵的非驅(qū)動(dòng)端軸承箱振動(dòng)超標(biāo)后,立即組織泵的制造商、設(shè)計(jì)單位、工程總承包及分包單位、項(xiàng)目監(jiān)理等各方人員進(jìn)行分析。通過(guò)調(diào)閱泵的出廠(chǎng)性能測(cè)試報(bào)告,發(fā)現(xiàn)該泵在出廠(chǎng)測(cè)試時(shí)各點(diǎn)的振動(dòng)數(shù)值普遍不高,均在2.8 mm/S以下,出廠(chǎng)試驗(yàn)滿(mǎn)足API 610規(guī)定的小于3.0 mm/S的要求。項(xiàng)目設(shè)計(jì)單位從該泵的管道設(shè)計(jì)、流體設(shè)計(jì)、支架設(shè)計(jì)等多個(gè)角度對(duì)泵的進(jìn)、出口管路系統(tǒng)進(jìn)行全面復(fù)核,排除了設(shè)計(jì)方面的問(wèn)題。工程總承包及分包單位、項(xiàng)目監(jiān)理分別從泵安裝過(guò)程中的水平驗(yàn)收、灌漿、無(wú)應(yīng)力檢查、對(duì)中檢查等各方面再次進(jìn)行了檢查,排除了設(shè)備安裝過(guò)程中可能出現(xiàn)的問(wèn)題。

根據(jù)泵的試驗(yàn)情況及各方意見(jiàn),由于該泵驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)值滿(mǎn)足要求,暫定先對(duì)泵的非驅(qū)動(dòng)端軸承箱進(jìn)行檢查,以期排除機(jī)械方面的問(wèn)題。經(jīng)過(guò)檢查,泵的軸承完好,各配合間隙滿(mǎn)足裝配要求。為進(jìn)一步分析非驅(qū)動(dòng)端軸承箱垂直方向振動(dòng)高的原因,使用離線(xiàn)振動(dòng)分析儀對(duì)甲醇泵振動(dòng)情況進(jìn)行了頻譜分析。

非驅(qū)動(dòng)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(guò)頻率1VP和2VP。同時(shí)也能發(fā)現(xiàn)7倍頻(7X),7倍頻(7X)因葉片通過(guò)頻率產(chǎn)生。

由于甲醇泵驅(qū)動(dòng)端及非驅(qū)動(dòng)端各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值差異較大,尤其是在非驅(qū)動(dòng)端垂直方向表現(xiàn)最為明顯,故進(jìn)一步對(duì)軸承箱進(jìn)行了敲擊測(cè)試。

非驅(qū)動(dòng)端軸承箱垂直方向敲擊測(cè)試結(jié)果如圖2所示。

通過(guò)測(cè)試結(jié)果可以看到,非驅(qū)動(dòng)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(guò)頻譜分析及敲擊測(cè)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(cè)試分析顯示,非驅(qū)動(dòng)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(guò)頻率發(fā)生了重合,在泵的運(yùn)行過(guò)程中,軸承箱在葉片通過(guò)頻率的激勵(lì)下發(fā)生共振,從而引起非驅(qū)動(dòng)端軸承箱垂直方向振動(dòng)值超標(biāo)。

鑒于振動(dòng)測(cè)試的結(jié)果,各方對(duì)制造商提供的出廠(chǎng)測(cè)試報(bào)告提出質(zhì)疑。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步溝通,制造商答復(fù)由于廠(chǎng)內(nèi)試驗(yàn)條件有限,在出廠(chǎng)測(cè)試時(shí)并沒(méi)有連接軸承箱冷卻水管路,不排除軸承箱冷卻水管路對(duì)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(dòng)治理

API 610中將軸承箱的共振試驗(yàn)納入可選試驗(yàn),同時(shí)建議在固有頻率和激勵(lì)頻率之間應(yīng)存在一個(gè)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(guò)頻率的1倍頻、2倍頻等。通常情況下,制造商在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)避免泵的工作頻率或葉輪通過(guò)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(dòng)是作用力與剛度的比率,即:

某公司甲醇泵振動(dòng)高的原因?yàn)槿~輪通過(guò)頻率與非驅(qū)動(dòng)端垂直方向固有頻率發(fā)生了重合,在泵的運(yùn)行過(guò)程中,軸承箱在葉片通過(guò)頻率的激勵(lì)下發(fā)生共振,從而引起垂直方向振動(dòng)值超標(biāo)。因此,解決振動(dòng)超標(biāo)有兩個(gè)方向:第一,減小葉輪通過(guò)頻率下的激勵(lì)力;第二,增加非驅(qū)動(dòng)端軸承箱垂直方向的剛度。

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

綜上,錯(cuò)列葉輪可以有效抑制雙吸泵內(nèi)動(dòng)靜干涉誘發(fā)的壓力脈動(dòng)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(cè)試分析結(jié)果,制造商對(duì)泵的葉輪進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),將原設(shè)計(jì)的6葉片葉輪更改為7葉片葉輪,如圖3所示;同時(shí)對(duì)泵的水力學(xué)計(jì)算進(jìn)行了優(yōu)化;另外,泵的軸承箱也進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),并進(jìn)行固有頻率模擬測(cè)算,以避免再次出現(xiàn)同樣的問(wèn)題。

新的葉輪及軸承箱制造完成后,現(xiàn)場(chǎng)組織進(jìn)行了更換,在隨后的測(cè)試中,泵的振動(dòng)顯著下降,各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)值如表3所示。

3結(jié)束語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)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(zhǎng)、上下游聯(lián)動(dòng)緊密的生產(chǎn)特點(diǎn),任意一個(gè)流程中斷,都將給上下游穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重影響。

離心泵歷來(lái)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(dòng)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(jì)效益帶來(lái)重大損失。新形勢(shì)下,煉化企業(yè)盈利空間不斷收縮,設(shè)備檢維修費(fèi)用控制日益嚴(yán)格,各單位對(duì)機(jī)泵振動(dòng)水平管理也日益嚴(yán)格。近年來(lái),關(guān)鍵機(jī)泵在線(xiàn)監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用為企業(yè)機(jī)泵振動(dòng)治理提供了良好的平臺(tái),同時(shí)也為提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供了根本保障。

筆者通過(guò)對(duì)某煉化企業(yè)甲醇泵振動(dòng)故障進(jìn)行分析,利用頻譜分析及敲擊測(cè)試表現(xiàn)出的故障特征,結(jié)合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)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(jiàn)并組織實(shí)施,高效解決了文中所述設(shè)備振動(dòng)超標(biāo)的問(wèn)題,為設(shè)備長(zhǎng)周期穩(wěn)定運(yùn)行提供了本質(zhì)保障,因而具有一定的借鑒意義。