循环水泵断轴故障分析

GXF360 2017-05-29

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循环水泵断轴故障分析

赵炳强，王雪光，李姝

（中国石油辽阳石化分公司机械检修部，辽宁辽阳111003）

摘要：针对辽阳石化公司炼油厂公用车间第一循环水装置P0306G泵在运转过程中主轴断裂，对断轴原因做了分析。通过研究泵轴在叶轮键槽部位的裂纹形状及特点，结合智能巡检系统的具体数据，找到断裂的根本原因。

关键词：离心水泵；主轴断裂；故障分析；智能巡检

0 引言

在日常维修工作中，对循环水泵的关注程度远远不及主体装置压缩机和进料泵之类的设备高。在大型石化装置生产过程中，设备冷却和工艺系统热交换是必不可少的组成部分。辽阳石化炼油厂的加氢裂化、加氢精制以及550万t/a常减压等一批重点装置在近几年相继建成投产，作为辅助装置，公用循环水系统的平稳运行与其它各装置能否保持安全稳定生产之间的关系十分密切，而其中的循环水泵更是起到了至关重要的作用。

1 设备概况

辽阳石化公司炼油厂公用车间第一循环水承担全厂大部分重点装置的设备和工艺系统的循环冷却任务，其中P0306G是8台循环水泵之一，型号为350S750A，轴功率280 kW，转速1450 r/min，扬程65 m，出口压力0.7 MPa，是由四川新达水泵厂生产的双支撑离心泵，介质为循环水，2012年之前该泵原设计为填料密封，因泄漏的水滴经常喷溅到轴承盒内使润滑脂失效，进而导致轴承寿命缩短，故障率偏高，维修成本较大，于2012年将填料密封改造为波纹管式机械密封，收到了较好效果。2015年10月8日炼油检修车间巡检人员通过智能巡检发现此泵测点4 H振值为81.941 m/s2，4V测值为66.781 m/s2，其它测点振值无显著变化，由于测点4振值较大且上升趋势明显，检修车间立即通报了生产装置的设备管理人员进行处理，公用车间进行了确认并及时停车进行解体检修。泵体结构如图1所示。

图1 泵体基本结构

2 设备振动情况分析

根据该水泵结构特点和工艺状况以及智能巡检采集的数据，可以从以下4个方面分析该设备可能存在的故障原因：

1）首先可以排除设备抽空等工艺因素。如果是由于吸入水量不足导致抽空等工艺原因，将会造成整个泵体振动增大，而通过智能巡检仪检测到的数据表明，该泵驱动端振值没有明显变化，而非驱动端（即测点4）的水平和垂直方向的振值快速升高、趋势明显，正常的报警值设定为30 m/s2，危险值为40 m/s2，而实测值已经达到81.941 m/s2，这种不均衡的振动特点足以说明振动的产生来源于设备本身。

2）非驱动端轴承可能产生故障。该泵两端所用轴承型号均为6313深沟球轴承，依靠锁紧螺母和泵体轴承座进行轴向定位，采用甘油润滑，每6个月添加润滑脂。但是在发现振动时利用听诊器作为常规手段进行检查，并未发现明显的轴承异响，因此判断该部位的轴承自身故障的可能性不大，轴承座和泵体经检查也未产生裂纹缺陷。

3）泵的转子部件可能产生裂纹或轴头弯曲。监测系统所显示测点4的振动曲线的变化趋势较快，如果是轴弯曲产生的振动应该相对平缓，不会造成如此快速剧烈的振动。如果泵的叶轮出现裂纹也不会仅仅在测点4部位产生振动，因而判断转子部件非驱动端出现异常。水泵运行振动曲线如图2所示，非驱动端轴承水平方向振动曲线和垂直振动曲线分别如图3、图4所示。

图2 水泵运行振动曲线

图3 非驱动端轴承水平方向振动曲线

图4 非驱动端轴承垂直方向振动曲线

3 拆检情况

1）该泵解体后，发现转轴非驱动侧靠近叶轮根部断裂，断面位于键槽中间，如图5所示。其它部位无任何损坏或异常。

2）从断裂表面可以看出，裂纹的产生是沿轴的直径由外向内发展，轴的断裂截面颜色呈阶梯变化，说明泵轴裂纹的产生与断裂存在相对较长的时间过渡。

图5 主轴断裂部位

4 原因分析及防范措施

1）主轴断裂处位于键槽中部，应力集中与交变载荷是其产生裂纹并最终断裂的根本原因，新的主轴回装时应严格检查类似部位的表面质量，每次解体检修时有必要进行相应的表面着色探伤，以发现潜在的事故隐患。

2）该泵原设计的填料密封（见图1）事实上可以起到部分支撑作用，2012年改造为机械密封后，因两端轴承的支撑点跨度较大，必然会影响到主轴挠度变化，而靠近叶轮根部是承载最大和最薄弱的部位。在此前提下，键槽附近的不均匀加工便极有可能产生裂纹并快速发展。因此在日常巡检时应密切关注这些水泵的振动情况，如有趋势明显增大，即使没有达到报警值，也同样应该受到严格对待，一方面要增加巡检频次，以求尽量在设备发生较严重故障之前做出正确判断，另一方面要积极做好检修准备，确保备件充足、检修及时。

3）新进备件要严把质量关，比如厂家应该提供必要的材质单、合格证、热处理报告等相应材料，更要做好备件的外观质量检验。很多事故的发生往往不仅仅是由某个单一原因造成，而这些原因却是最终导致事故发生的必要条件，我们务必要在设备管理的各个环节上均能做到严格认真，才能从根本上杜绝设备的潜在隐患。