离心泵自激振动原因分析与解决策略
摘要: 石油行业常用的离心泵种类多样, 其优势在于液体传输流量稳定均匀、性能适用范围广、运行可靠, 但大多数离心泵体积较大、质量重、其运作环境比较恶劣, 离心泵的运行故障时常发生, 直接影响生产直接性运作,造成经济损失。离心泵属于转动设备,组由多个辅机辅件组成,输送的是流体,因此难免产生振动等问题。在日常工作中,机组振动已经成为频发易发、分析处理难度大的现场故障反馈。导致离心泵振动的产生可能是独立诱因,也可能是多方面、多种因素共同作用的结果。可大致分为四类:机械原因、结构原因、水力学原因、流体动力学原因。本文将油田企业离心泵为例,分析离心泵组振动成因及给出的解决措施。

离心泵是石油企业装置中重要的流体输送设备,其运行的稳定性和可靠性直接影响整个工艺系统的安全。由于泵的振动, 每年检修都要投入大量的人力物力。既耗时耗力, 又存在很大的安全隐患。本文对泵振动现象、原因和解决方案进行探讨。

1工况参数

本文研究的用户现场离心泵均选用的是API610标准中的BB2型式泵,顶进顶出,两级叶轮。泵和电机都是油环自润滑结构。

2振动故障描述

现场3台泵设备在使用过程中振动值均出现超标的现象,通过频谱测试仪对已运行的泵进行测试,发现出现有4倍频振动数据异常,分析是泵振动形成的主要原因。1.png图1BB2型式离心泵

3振动原因排查分析

导致离心泵振动的产生可能存在独立诱因,也可能是多方面、多种因素共同作用的结果。可大致分为四类:机械原因、结构原因、水力学原因、流体动力学原因。

3.1进出口管路口径较大且无支撑

现场测量泵轴承箱体驱动侧、非驱侧振动值均较大,振动速度达到了18mm/s,主管路振动近20mm/s。要求现场施工人员将3台泵进出口主管路整体下降500mm,出口管路变径方式由出口直管段+变径+直接外头,改为出口变径+直管段+弯头,同时对进出口管路增加辅助弹性支撑,经过这两项整改后,泵的轴承箱体处振动速度下降到12mm/s左右。

3.2工艺管道存在安装应力

将三台泵进出口法兰、泵支脚紧固螺栓螺母全部松开后,重新进行连接。同时进一步找正联轴器对中,使允差达到±0.1mm以内。此时测量泵轴承箱体处振动速度值为:A泵5mm/s,B泵6mm/s,

3.3底座灌浆不完全

现场检查发现施工方再泵基础二次灌浆时并未将泵底座内空隙灌满。要求施工方按照API686标准对三台泵底座进行完全灌浆。对3台泵的轴承箱体处振动测量,结果显示3台泵的振动测量速度数值全部增大到10mm/s,主管路振动速度约12mm/s。分析振动增大诱因可能是灌浆导致底座变形造成泵整体不对中,所以重复章节3.2工作。测量振动数据如表1、2。

表1 泵轴承箱体处振动数据2.png 表2电机轴承箱体处与泵法兰振动数据截图4.png综合以上记录数据和振动频谱,分析如下:1)泵出口侧支脚和法兰处振动值明显都大于泵入口侧的支脚和法兰处。2)泵出口法兰垂直方向,靠近电机处,即驱动侧振动最大。3)泵非驱动端轴承箱体处振动大。4)泵在设计点额定流量600m3/h时振动值比其他流量时要小一些。现场所用三台泵的叶轮叶片个数均为4枚,所测量各处多个方向的振动数据反应出是4倍叶片通过频率占主导因素。

3.4解决措施及结果

3台同样型号的泵,振动测试数据基本一致。说明现场泵及管路振动不是机械振动的传递,主要是流体压力脉动的结果,来源于泵的水力设计,为了降低不稳定的力,必须使叶轮叶片数和导叶叶片数互为质数,重新设计叶轮水力(将叶片个数4枚改成5枚),避开四倍频,解决叶轮叶片引起的水力共振。同时现场工艺管路弯头太多,设计不合理,没有很好的缓解和约束水力振动,也需要进行优化整改,增加了管路支撑,减少弯头等管路附件。改造后,泵组振动情况的到全面改善,数据控制在API610标准允差范围内。

4结束语

离心泵的振动是最为常见的故障,成因也是复杂多样的,现场使用过程中一旦出现振动异常的情况,不能简单地认定为设备质量问题引起,要综合考虑设备安装、管路布置,工艺波动,共振等常见外在因素,同时分析振动数据的变化特征等内在因素。因此要处理振动问题,首先要查找到振动的原因,有针对性的制定方案。在实际工作中要结合经验和理论分析,借助频谱分析仪等检测仪器,才能快速准确的发现并消除。

参考文献:

[1]关醒凡.泵的理论与设计[M].北京:机械工业出版社,1987.

[2]刘红云.离心泵振动原因分析和解决方案[J].炼油技术与工程,2019,39(6)

[3]易超, 朱铁光, 胡学文,等.炼油企业泵振动故障诊断[J].石油化工设备技术.2016, 27 (2):62-64.