石油化工離心泵的故障分析及維護(hù)

李軍，何強(qiáng)，王雙雙，宋丹(東營市赫邦化工有限公司，山東 東營 257237)

0 引言

石油化工企業(yè)包含了很多復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，在不同的生產(chǎn)環(huán)節(jié)之中也會使用不同的設(shè)備，泵在這之中使用的范圍就相對比較廣泛。無論是離心泵，還是往復(fù)泵、齒輪泵等，在企業(yè)發(fā)展中都受到了非常廣泛的應(yīng)用。其中，離心泵的使用頻率很高，如出現(xiàn)故障就會引發(fā)一系列的安全事故。因此，在離心泵的日常使用過程應(yīng)對其進(jìn)行相對優(yōu)化，加強(qiáng)良好的日常維護(hù)保養(yǎng)，對出現(xiàn)的故障問題也應(yīng)及時分析和排查，保證企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營的順利進(jìn)行，實現(xiàn)石油化工企業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

1 離心泵的管理內(nèi)容

首先，離心泵在石油化工企業(yè)的工作中起到了重要作用，同時也承受著很大的工作強(qiáng)度，因此對離心泵潤滑問題的解決就顯得非常重要。運用合理潤滑技術(shù)能夠保證離心泵在工作中受到良好保護(hù)，避免產(chǎn)生過度磨損。石油化工企業(yè)也對離心泵的相關(guān)潤滑內(nèi)容作出了一定的要求和規(guī)定，要求離心泵的潤滑執(zhí)行按照“五定”“三過濾”潤滑管理制度[1]。

其次，在日常監(jiān)管之中，應(yīng)嚴(yán)格滿足定點、定質(zhì)、定量、定期、定人的五大原則，保證入庫過濾、發(fā)放過濾、加油過濾三項過濾內(nèi)容能夠基本實施。在對離心泵進(jìn)行管理的過程中，石油化工企業(yè)的監(jiān)管人員應(yīng)提升對離心泵工作時間的檢查力度，對一些工作時間不同的離心泵做出顏色標(biāo)識，使工作人員能夠進(jìn)行直接區(qū)分，保證工作的嚴(yán)謹(jǐn)性。

最后，相關(guān)工作管理人員也應(yīng)加強(qiáng)對現(xiàn)場設(shè)備的整體監(jiān)管，加強(qiáng)日常工作規(guī)劃中的巡邏力度，對發(fā)現(xiàn)的問題應(yīng)及時處理和解決，確保故障問題不會進(jìn)一步擴(kuò)大，以便保證生產(chǎn)的順利進(jìn)行。

2 工作原理

離心泵在工作時，主要的工作動力來源是由泵體自身通過旋轉(zhuǎn)而產(chǎn)生的離心力。離心泵的主要工作原理是依靠內(nèi)部高速旋轉(zhuǎn)的葉輪產(chǎn)生的力，通過這樣高速旋轉(zhuǎn)的葉片，在泵體中間的液體產(chǎn)生一個慣性離心力，在離心力的作用下能夠獲得足夠的能量，這些能量提升了整個泵體之中的壓強(qiáng)[2]。而當(dāng)葉輪快速轉(zhuǎn)動時，這些原本吸附在葉片上的液體就會通過這一系列的力被甩出。當(dāng)這些液體被甩出之后，原本包含液體的泵體中央就會形成一個真空區(qū)域，從而導(dǎo)致泵體內(nèi)部的氣壓要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于外部的氣壓。這樣的壓強(qiáng)差距使得泵體之外的液體被吸入泵體內(nèi)部，一面不斷地吸入液體，一面又不斷地將這些吸入的液體從另一面進(jìn)行甩出。離心泵就通過這樣的方式連續(xù)不斷地進(jìn)行工作，為整個石油化工系統(tǒng)提供服務(wù)[3]。

3 常見故障原因分析

3.1 機(jī)械密封失效原因

機(jī)械在運行過程之中其實很難保證整體的完全穩(wěn)定，不同的機(jī)械部位會因為在系統(tǒng)之中進(jìn)行不斷地運轉(zhuǎn)而產(chǎn)生一些不同的變化，在運行過程之中也會慢慢出現(xiàn)一些密封失效的故障問題。

密封失效會在很大程度上打破原工程系統(tǒng)創(chuàng)造的氣壓環(huán)境，使得工程效率在一定程度上大幅度下降。通過相關(guān)的分析，發(fā)現(xiàn)了機(jī)械氣密下降大致上可以分為三個原因：彈性元件失效、動靜環(huán)失效、密封圈失效。

3.1.1 彈性元件失效

彈性元件的失效主要出現(xiàn)在泵體之內(nèi)的彈性元件上，因為彈性元件在工作時對元件本身造成了一定的損傷。這些損傷可能是即時性的，也可能是長久以來累積的結(jié)果，導(dǎo)致元件發(fā)生斷裂和失彈，失去了其原本具備的基本功能。

斷裂產(chǎn)生的原因主要就是泵長期處于一個運轉(zhuǎn)不平穩(wěn)的狀態(tài)。在進(jìn)行泵體設(shè)計時，工作人員沒有對泵體的工作情況進(jìn)行模擬，一些銜接問題沒有處理好，也就容易出現(xiàn)抽空和大幅振動的情況，導(dǎo)致了彈性元件處于的工作環(huán)境并不符合生產(chǎn)的需求，承載了超負(fù)荷的“工作壓力”。這也就導(dǎo)致它受到一些本身承受范圍之外的力，過大的壓力就會導(dǎo)致元件出現(xiàn)斷裂現(xiàn)象，造成了零件的進(jìn)一步損傷。

另外，斷裂也有可能是其他原因?qū)е碌?。例如在對彈性元件進(jìn)行焊接的時候，技術(shù)人員沒有完全焊接整齊，也沒有進(jìn)行預(yù)先的檢查，導(dǎo)致焊接效果并理想，在一些熱處理上存在了明顯的問題。當(dāng)這些情況出現(xiàn)時，實際上的處理方式就會和前者完全不同，一旦出現(xiàn)這些問題，也就說明元件本身就存在了巨大的安全隱患。一般情況下，技術(shù)人員往往就會直接對這些零件進(jìn)行更換。

而針對壓力問題處理方式則不一樣，工作人員一般會選擇認(rèn)真查找泵抽空和震動的原因，并進(jìn)行相關(guān)分析，找出影響因素并消除，保證泵體能夠重新恢復(fù)到相應(yīng)的運作水平上。

彈性元件直接出現(xiàn)失彈現(xiàn)象主要是因為在運作過程之中產(chǎn)生了高溫環(huán)境，這些高溫環(huán)境對本身元件的組成部分和材質(zhì)產(chǎn)生了一定的影響，導(dǎo)致彈性元件無法適應(yīng)這樣高溫狀況，產(chǎn)生了形變。而這些形變在很多時候也是不可逆的，最后就導(dǎo)致了失彈現(xiàn)象。為了解決以上問題，工作人員可以考慮選用更加耐高溫、耐腐蝕的合金材料，對彈性元件的材質(zhì)和波形設(shè)計進(jìn)行完善[4]。

另外一部分原因就是在元件與元件之間形成了一些結(jié)垢，這些結(jié)垢直接填充了原先元件回彈的空間，也就使得元件失去可彈力的空間。為了避免這一現(xiàn)象的產(chǎn)生，可以通過采用封油或者軟化水在容易產(chǎn)生結(jié)垢的區(qū)域進(jìn)行沖洗。此方法對這種情況可以有效改善。

3.1.2 動靜環(huán)失效

動靜環(huán)失效也是石油化工生產(chǎn)過程中一個比較常見的問題。其產(chǎn)生的原因也有很多種情況，其中的一種原因就是密封環(huán)的鑲嵌結(jié)構(gòu)原先處于硬化狀態(tài)，但是在高溫介質(zhì)的綜合作用下，導(dǎo)致這些鑲嵌結(jié)構(gòu)的區(qū)域出現(xiàn)了剛性的衰減，也就不同程度上的形成了一些松動和脫落。

動靜環(huán)失效實際上就是鑲嵌的地方缺乏了原本的作用。一般來說，通?？梢灾苯硬捎谜w結(jié)構(gòu)，避免產(chǎn)生鑲嵌，或是在鑲嵌和連接處進(jìn)行堆焊硬質(zhì)合金的設(shè)置。利用這種耐熱性和剛性都較強(qiáng)的金屬，也可以很大程度上避免鑲嵌的部分出現(xiàn)因為溫度上升而發(fā)生松動的情況。

如果是因為超負(fù)荷運轉(zhuǎn)而導(dǎo)致摩擦過度，兩邊零件之間因為摩擦而改變了原本的形態(tài)這種問題，解決方案就會顯得比較復(fù)雜，因為鑲嵌結(jié)構(gòu)已經(jīng)無法改變。因此，只能夠通過適當(dāng)?shù)倪^盈量，或是直接通過改善環(huán)座材料這樣的方式，盡可能地在裝配前就做好相關(guān)的檢查工作，例如確保在裝配過程避免一些缺陷和松動的出現(xiàn)。

如果是因為離心泵在生產(chǎn)的過程中過快預(yù)熱而產(chǎn)生了應(yīng)力裂紋，導(dǎo)致了在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中出現(xiàn)了嚴(yán)重的連續(xù)性泄漏問題，泵就會受到過大的壓力而產(chǎn)生斷裂現(xiàn)象。這也會導(dǎo)致動靜環(huán)的石墨環(huán)由于受到過大的壓力和拉力產(chǎn)生相應(yīng)脫落或是斷裂，進(jìn)而導(dǎo)致軸封的失效。

此外，因為離心泵的不斷運轉(zhuǎn)，承受了比較大的工作強(qiáng)度，甚至遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了出廠時的測試水平。在這樣高強(qiáng)度的長期運轉(zhuǎn)下，彈性元件在不斷工作進(jìn)行形變的過程中就會產(chǎn)生壓縮比過大的問題。而前端的壓面也會和接觸部位產(chǎn)生很大的摩擦，這樣的摩擦力度就會造成原先完好的動靜環(huán)出現(xiàn)了不同程度的磨損，最后導(dǎo)致了失效。

在實際的使用過程之中，應(yīng)當(dāng)針對性地避免這些普遍問題的發(fā)生，科學(xué)使用零部件，保護(hù)零部件的基礎(chǔ)使用狀態(tài)。

3.1.3 密封圈失效

密封圈失效的原因主要是老化和嵌入溝槽問題。密封圈的材質(zhì)在生產(chǎn)過程中要求較高，需要和介質(zhì)很好適配，才不會輕易地產(chǎn)生體積上的膨脹。體積膨脹會導(dǎo)致原先的泵體出現(xiàn)了過多的摩擦熱，加速了材料在正常運作之中的消耗程度，也會進(jìn)一步加速材料老化，使材料的使用年限發(fā)生一定時長的縮減。

一般對這種問題，只要進(jìn)行相應(yīng)材料的更換就可以得到良好解決。將中高溫的材質(zhì)類型統(tǒng)一更換成更加耐高溫的材料，保障在后續(xù)工作中更好地完成相關(guān)的生產(chǎn)任務(wù)。

另外，由于密封圈長期處于高溫狀態(tài)，因此在進(jìn)入溫度比較低的環(huán)境時就會由于過大的溫差而形成一些斷裂。但是這種硬化實際上只是一種即時的效果，在溫度發(fā)生回轉(zhuǎn)時就會出現(xiàn)一定程度的好轉(zhuǎn)，因此在產(chǎn)生溫度強(qiáng)烈變化時一定要注意及時調(diào)整。但是這樣的回轉(zhuǎn)過程實際上也很難能夠達(dá)到未發(fā)生改變之前的效果。因此在面對特殊環(huán)境時，應(yīng)選擇相比之下更加耐寒的材料類型，保證這些材料不會因為過低的溫度而承受相關(guān)的不可逆損傷。

由于密封圈本身就更加容易因為保存問題而受到影響，因此在保存過程中應(yīng)盡量避免光照的直射和高溫、低溫、高壓，同時對濕氣也應(yīng)進(jìn)行嚴(yán)格掌控，防止密封圈受潮而產(chǎn)生性能損壞。應(yīng)盡量保證將其放置在防潮袋中，存放于陰涼處，盡可能地減少環(huán)境帶來的影響因素，保持原先的穩(wěn)定性質(zhì)。

3.2 電機(jī)類故障

3.2.1 轉(zhuǎn)子類不平衡故障

離心泵容易出現(xiàn)的故障類型并不是完全單一的，而是由非常復(fù)雜且不同的因素共同組成。例如泵的轉(zhuǎn)子部位就很有可能發(fā)生不平衡的故障和一些質(zhì)量偏心、轉(zhuǎn)子部件的某些區(qū)域出現(xiàn)缺失等問題，這些問題的出現(xiàn)一般就會直接造成轉(zhuǎn)子本身內(nèi)部平衡的質(zhì)量結(jié)構(gòu)被直接打破，轉(zhuǎn)子內(nèi)部產(chǎn)生質(zhì)量布局上的不平衡，也就會影響后續(xù)的使用效果。

這類故障在旋轉(zhuǎn)類機(jī)械之中比較常見，轉(zhuǎn)子在組成部分上也是由多個轉(zhuǎn)盤共同組成的，每一個轉(zhuǎn)盤都有可能產(chǎn)生質(zhì)量偏心故障，并且不同轉(zhuǎn)盤之間產(chǎn)生故障的概率也基本相同。然而不同轉(zhuǎn)盤之間產(chǎn)生的質(zhì)量不平衡問題并不是完全獨立的，如果在同一時刻發(fā)生了多個質(zhì)量偏差，就會結(jié)合在一起，成為了一個不平衡類問題，這樣的問題在解決情況上也會比單一的不平衡質(zhì)量問題要更加棘手。

3.2.2 偏心轉(zhuǎn)子故障

在泵體內(nèi)部，定子與轉(zhuǎn)子之間實際上會有不同的故障部位，這些由于不同心產(chǎn)生的故障類型就被稱作偏心故障。這一類的偏心故障在解決難度上實際也會比較大，且這一問題發(fā)生時也非常復(fù)雜，它們并不會單獨的產(chǎn)生作用，而是會和其他很多種不同類型的故障一起出現(xiàn)。

例如當(dāng)泵存在幾何偏心時，除了會產(chǎn)生與介質(zhì)相關(guān)的頻率波動以外，也很有可能還會導(dǎo)致內(nèi)部的流體運行不平衡的問題。通過流體不規(guī)則流動，就會導(dǎo)致內(nèi)部的葉片產(chǎn)生一系列頻率倍頻的振動，這一過程實際上會放大相關(guān)的故障類型，在進(jìn)行故障排查時也會更加困難。

有偏心造成的激振力實際上僅與負(fù)荷有關(guān)，與運行過程之中葉片的轉(zhuǎn)速并沒有產(chǎn)生什么實質(zhì)性的聯(lián)系。正因為這樣，技術(shù)人員在進(jìn)行對偏心故障診斷時，應(yīng)從負(fù)荷的層面上進(jìn)行入手，通過對不同的負(fù)荷類型進(jìn)行橫向比對，才能夠更加準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障存在的原因。

3.3 聲音異?；蛘饎舆^大

泵在日常正常工作中，會產(chǎn)生一定的噪音，這是由于內(nèi)部零件在進(jìn)行相互運轉(zhuǎn)的過程之中會由于摩擦而發(fā)出一些聲音。此時產(chǎn)生的聲音類型也是相對比較平穩(wěn)和正常的，不會很悶或者很空。因此，對泵組在運行過程中產(chǎn)生的聲音進(jìn)行觀察和測定，也可以作為相關(guān)的判定標(biāo)準(zhǔn)，來評判泵組目前的運行情況。

如果機(jī)組在工作過程中出現(xiàn)了非常明顯的雜音，或是產(chǎn)生了一些異常的振動類型，這實際上就是一個反常現(xiàn)象，很有可能就是泵產(chǎn)生故障的先兆。一旦遇到這種情況，相關(guān)人員應(yīng)提升自身的敏銳度，對機(jī)組進(jìn)行系列檢查，針對一些比較容易產(chǎn)生問題的部位也應(yīng)提升檢查力度，防患于未然。

泵機(jī)組振動實際上并不是一個簡單的現(xiàn)象，相反它產(chǎn)生的原因可能會很復(fù)雜。引發(fā)震動的原因也有很多類型，一般情況下可以大致分為機(jī)械和水力兩個方面。

從機(jī)械方面上看，可能是因為在正式運行之前，技術(shù)人員并沒有對葉輪平衡進(jìn)行校準(zhǔn)工作。這就會導(dǎo)致在運轉(zhuǎn)的過程之中發(fā)生相關(guān)的重心偏移，產(chǎn)生機(jī)組的振動，針對這種情況應(yīng)當(dāng)即刻校正。第二種情況就可能是由于泵軸與電動機(jī)軸不同心，對這樣的問題也應(yīng)在發(fā)現(xiàn)的第一時間進(jìn)行相關(guān)的重心矯正。還有一個比較普遍的原因就是在工作時的物理因素，例如螺絲松動或者設(shè)備的擺放不平整這樣的問題。這一問題所能影響的范圍其實可大可小，具體情況應(yīng)當(dāng)依據(jù)現(xiàn)實來進(jìn)行決定，保證相關(guān)設(shè)備的擺放能夠整齊、平衡。

在水力方面可能產(chǎn)生的故障原因就是：在運行過程之中吸積過大，就會導(dǎo)致水汽對進(jìn)氣口的壓力會增加，有時甚至?xí)杀对鲩L，在葉輪進(jìn)口產(chǎn)生汽蝕，長久以來就會對氣口產(chǎn)生腐蝕作用。水流經(jīng)過葉輪時，在低壓區(qū)由于流速比較緩慢而內(nèi)部氣壓比較弱，就會導(dǎo)致空氣進(jìn)入水流之中，出現(xiàn)氣泡。這些氣泡并不會保持太長的時間，到高壓區(qū)就會由于內(nèi)部氣壓的更改而氣泡潰滅，在氣泡產(chǎn)生破裂的瞬間產(chǎn)生撞擊引起振動。此時就應(yīng)當(dāng)降低低壓區(qū)和高壓區(qū)之間的高度差，有效減少氣泡的產(chǎn)生，減少這一環(huán)節(jié)之中容易產(chǎn)生的振動問題。

此外，泵在非設(shè)計點產(chǎn)生了運行，流量過大或過小，不符合原先的機(jī)組設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，引起了泵的壓力變化或壓力脈動，對泵體產(chǎn)生不良影響。同時，當(dāng)泵吸入異物的時候，就會造成堵塞問題。這些堵塞物摻雜在水流中會影響葉輪的正常運轉(zhuǎn)，對葉輪產(chǎn)生損壞。一旦遇到這種問題就應(yīng)立刻停機(jī)，進(jìn)行相關(guān)的清理工作[5]。

4 維護(hù)石油化工離心泵故障的技術(shù)

4.1 預(yù)測性維護(hù)技術(shù)

在開展石油化工離心泵維護(hù)時，應(yīng)當(dāng)更加重視預(yù)防的重要性，爭取能夠在問題發(fā)生之前就進(jìn)行預(yù)防，以此來杜絕在日后發(fā)生故障的可能性。

預(yù)測性維護(hù)技術(shù)實際上就是對目前還處于運行狀態(tài)的離心泵進(jìn)行一些相關(guān)的故障分析。這一環(huán)節(jié)需要技術(shù)人員對當(dāng)前設(shè)備各個零部件的運行狀況進(jìn)行全面研究和調(diào)查，仔細(xì)排查目前運行過程之中存在的一些問題，并進(jìn)行及時解決，防止問題的進(jìn)一步擴(kuò)大。

同時，應(yīng)更重點關(guān)注潤滑、振動等這些方面的問題。在進(jìn)行工作時，及時地對數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，在對數(shù)據(jù)歸類時加強(qiáng)對信息技術(shù)的應(yīng)用，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確展現(xiàn)。

同時也應(yīng)定期展開監(jiān)管會議，對一些出現(xiàn)頻率較高或是可能性較大的問題進(jìn)行具體分析。并在日后的工作之中，加大對這些內(nèi)容的工作力度，進(jìn)一步保證離心泵工作過程之中的安全性能。

4.2 預(yù)防性維護(hù)技術(shù)

預(yù)防性技術(shù)實際上應(yīng)當(dāng)建立在預(yù)測性技術(shù)的基礎(chǔ)之上，主要是通過預(yù)測的結(jié)果，進(jìn)行相關(guān)分析，展開措施的制定，實現(xiàn)預(yù)防的目的。預(yù)防更加重視措施方面，對可能出現(xiàn)的問題進(jìn)行一些加備工作，這樣就盡可能地減少問題所可能帶來的一系列不良后果，降低在生產(chǎn)過程之中可能造成的經(jīng)濟(jì)損失，增加企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

在實際對整體工作設(shè)備進(jìn)行監(jiān)管的過程之中，預(yù)防性的技術(shù)需要大量參考以往的工作記錄，保證能夠?qū)σ恍┏霈F(xiàn)頻率較大的問題進(jìn)行針對性排查，優(yōu)化整體的防范工作。這種排查也可以在很大程度上節(jié)約維修成本，技術(shù)人員可以憑借自身經(jīng)驗來縮減維修的范圍，使維修工作更有效和快捷，也更加具有針對性。

5 結(jié)語

隨著經(jīng)濟(jì)社會的不斷發(fā)展，石油化工產(chǎn)業(yè)已經(jīng)成為當(dāng)前的支柱產(chǎn)業(yè)之一。對在生產(chǎn)過程之中可能發(fā)生的離心泵故障類型，本文進(jìn)行了相關(guān)的分析，從個人的角度希望為石油化工的相關(guān)人員提供參考，共同推動石油化工產(chǎn)業(yè)的進(jìn)步。