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输油泵性能监测与故障分析

文档作者：崔海莉赵海俊陈鹏文档来源： 1．中石化管道储运公司华东管道设计研究院 2．中石化管道储运公司		点击数：	更新时间： 2021年09月27日
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第41卷第4期
2012年7月
石油化工设备
PETR()_CHEMICAL EQUIPMENT
Vo1．41 No．4
July 2012
文章编号：1000—7466(2012)04—0106—03
输油泵性能监测与故障分析
崔海莉 ，赵海俊 ，陈鹏
(1．中石化管道储运公司华东管道设计研究院，江苏徐州 221008；
2．中石化管道储运公司仪长输油处，湖北武汉430077)
摘要：对输油站场输油泵经常出现的故障进行了分析，指出性能监测和故障分析方法不当是其主
要因素，提出了在线监测和故障诊断系统方法，并对此系统进行了详细介绍。现场应用表明，在线
监测和故障诊断系统方法具有良好的推广应用前景。
关键词：输油泵；故障诊断；原因分析；现场应用
中图分类号：TQ 050．7；TE 964 文献标志码：B
Oil Pum p Perform ance Detection and Fault Analysis
CUI Hai—li’，ZHAO Hai-j un ，CHEN Peng2
(1．SINOPEC Pipeline Design&amp;amp; Research Institute of East China，Xuzhou 221008，China；
2．SINOPEC PSTC，W uhan Oil Transportion Department，W uhan 430077，China)
Abstract：The failures pumps on pipeline stations were analyzed．The main factors were the in—
correct performance monitoring and failure analysis method． The on—line monitoring method and
fault diagnosis system was put forward．Practical field applications show that the method has a
good prospect application．
Key words：oil transfer pump；fault diagnosis；cause analysis；field application
输油泵(机组)是油品长输的动力保障之一。目
前，我国各大油田及长输管线的输油站场均使用输
油泵。在使用过程中，由于大部分输油站场对这些
输油泵的运行状态缺乏有效的监控和故障诊断，普
遍存在着油泵抽空、泵轴及电机损坏、轴承和轴瓦因
过热而烧坏等现象，对输油站场的安全平稳运营造
成了一定的影响。
在缺乏有效监管的情况下，输油泵在长时间运
行后会不可避免地出现各种各样的问题_l ]。由于
大部分输油泵转子的转动距离较长，若某个零件配
合不当，常会出现异常振动或轴承发热的现象。为
此，对输油泵的平衡性能提出了很高要求。如果泵
的平衡性能不能很好地得到保证，转子容易产生轴
向振动进而影响到轴承的寿命。
目前，对输油泵的管理和检验大多采用人工监
测方式，但由于员工经验和技术水平等方面的差异
使得这种方式不能成为一个普遍适用的标准。针对
这一问题，提出有效解决输油泵运行过程中安全监
测和故障诊断等难题的方法是非常必要的，文中介
绍一种在线状态监测和故障诊断系统。
1 在线状态监测和故障诊断系统简介 ]
对输油泵在线状态监测与故障诊断系统的基本
要求是必须保证采集系统的实时性，不但要完成对
多路信号的采集、特征运算、数据传输，而且要同步
对多路过程量信号进行采集与处理。因此，数据处
理的工作量特别大。
1．1 硬件系统
硬件系统主要由数据传输电缆、传感器、控制柜
收稿日期：2O12—02-09
作者简介：崔海莉(1980一)，女，山西运城人，工程师，学士，从事长输管道站场的工艺设计等工作。
第4期 崔海莉，等：输油泵性能监测与故障分析
以及PC机等几部分组成。
传感器实时获取输油泵的转速等数据，并将数
据转换成4～20 mA 的输入、输出调节信号，通过数
据传输电缆将信号传输至控制柜进行信号处理后进
行数据采集，采集数据存储在PC机上。
1．2 软件系统[
软件系统的组成部分较为复杂，主要有以下几
个组成部分。
1．2．1 数据采集系统
此系统主要功能是采集现场的数据以及驱动诊
断仪主机，包含智能自动采集法和人工采集法。
人工采集法可对任意通道、采样长度、采集频率
的数据进行采集。该方法测量准确、意外可能性小，
但是要求操作者具有很高的专业betway必威官方网站
。
智能自动采集法需要先建立一个由输油泵需要
采集参数的数据库。在此数据库的引导下，操作者
才可以对数据进行轻松的采集，具有实用、简便、高
智能性的显著特点。
在本系统中推荐实用智能自动采集法。
1．2．2 信号分析处理系统
此系统包含了数十种信号分析处理方法，如频
域、包络分析、时域、相关分析、小波分析、倒频域等。
可以对数据采集系统采集出来的参数进行准确的分
析和处理，并能根据已有的故障对比得出相应的故
障特征。
1．2．3 故障诊断库管理系统
此系统指存放各种故障数据特征的数据库，这
些故障包含了输油泵常见的一些问题，比如转子不
平衡、气蚀、轴弯曲、不对中、轴承工作异常、松动等。
故障诊断库具有普通数据库的大部分特征，可进行
删除、添加、修改、查询等各项操作。
1．2．4 自动分析和处理系统
此系统和信号分析处理系统功能上有一定的相
似。信号分析处理系统更倾向于原始数据的分析，
而自动分析和处理系统则是对数据的再处理。例
如，该系统对已经处理的数据再次处理和分析，并且
能够自动与输油泵机组故障库进行比较，进而诊断
出可能出现的故障。
2 监测所需参数及测点选择
2．1 输油泵监测的主要参数啪
离心泵属于旋转机械，具有不断旋转、体积小、
质量轻且易于维修的显著特点，目前国内多数长输
管线的输油站场均采用离心式输油泵。
输油泵监测的主要参数包含输油泵性能参数和
离心泵诊断参数两个方面。输油泵性能参数主要包
括油温、效率、汽蚀余量、进出口压力、轴功率、允许
吸上真空高度、流量及扬程等。诊断参数包括级数、
叶片数、转速、轴承和齿轮的参数等。
2．2 测点选择 ，叼
输油泵通过弹性联轴器同电机连接起来，轴承
采用的是滑动轴承，并与底座属于一个整体。数据
采集系统是通过测点获得数据的，也就是说测点是
获取监测信息的窗口。
选取测点的准则是用尽可能少的测点进行尽可
能准确的监测，以获取尽量多的现场信息。测点的
选取不仅要尽量使仪器布置靠近待测位置，而且还
要综合考虑结构件的刚度等因素。另外，传感器的
安装便利以及拆卸方便也是选定测点位置要考虑的
重要因素。常用的测点有泵壳、泵轴承、电动机轴承
等。此外，还可根据具体的需求选取更加合适的
位置。
3 系统工作流程及原理[1 n]
选定合适的测点安装传感器后，输油泵在工作
状态下的振动信号及其他不同的信号通过电缆传输
给在线监测和故障诊断系统。系统采集到原始数据
后，信号分析处理系统对采集到的信息进行处理。
若设备运转出现故障，采集到的数据就会出现异常，
出现一定的频率特征，这些频率特征为故障诊断提
供重要判断依据。
由振动信号获得的信息：i生监测诊断系统中占有
十分重要的地位，由振动信号转变成的电信号通过数
据采集系统进行数字化处理，分析后能得到反映设备
故障状态的特征信息图谱，最后通过此图谱可以直观
了解到设备的结构强弱、振动特点、振动来源、故障原
因及故障部位，为诊断决策提供有力依据。
4 诊断分析例证
4．1 频谱分析
频率为49．83～ 50．OO H Z及99．6～100 Hz
的电机(转速2 980 r／rain)之间的差别很小。要想
能够有效、准确地将二者区分开来，高分辨率的频谱
分析就能起到关键性的作用。
通过高分辨率频谱分析的应用，可以对故障产
生的具体原因进行进一步的确认，尤其是机械方面
故障和电气方面故障的区分。
石油化工设备 2012年第41卷
4．2 时域波形及其叠加
时域波形是基于傅里叶变换而得出的一种特殊
波形，用于在线状态监测和故障诊断系统的主要目
的是为了查看是否存在高频冲击等故障。
如若查看两个方向上的振幅大小并做出比较，
需要对时域波形进行叠加。通过时域波形的叠加还
可以获得两个方向上振幅大小之间的关系。
以中石化某输油处某一泵举例说明。将此泵的
垂直方向与水平方向的频谱叠加后，可以看出垂直
方向的振幅明显小于水平方向的振幅，相对于垂直
方向，水平方向的波形更接近于正弦波。因此，可以
判断出泵出现了结构松动，其中的一种可能性就是
泵机组同地基之间的联系出现了不稳定。
4．3 没有滤波的轴心轨迹
轴心的平衡关系泵整体的运转状况，通过轴心
轨迹可以看出不平衡、不对中、摩擦等故障。因此，
对轴心轨迹的监测具有重要的意义。
、 需要注意的是，轴心轨迹的叠加能更进一步判
断故障的存在。同样对上述泵的轴心轨迹图进行观
察后可以发现，一倍频轴心轨迹在图中显得非常的
突出，在范围上明显大于其他轨迹，也比其他轨迹更
加清晰，并且是接近于圆形的椭圆。对其分析后得
出，此泵出现了非驱动端不平衡的故障。
4．4 轴承故障特征频率
在故障诊断库中，储存有数万种滚动轴承的故障
特诊频率特性。在确定了某泵的转速和轴承型号后，
软件系统能够智能在频谱图中标出一些特征线，这些
特征线代表着一些结构出现了轴承损坏，包括外圈、
内圈、保持架、滚动体等。判断滚动轴承哪部分出现
故障的途径是观察与频谱特征线重合的那条线。
4．5 链接谱与滚动轴承损坏评判值
通过使用链接谱的方式，可将同一视图中放入
低频和高频波，以检查整体设备是否出现故障。例
如，加入泵电机1倍频中出现很多的谐波成分，且还
很清晰，说明滑动轴承存在过量余隙。
判断轴承故障的另外一个方式就是分析特有的
评判值。结合峰值因数和加速度同频，可以将评判
值分为几个级别，1O以上为轴承损坏，5～9为轴承
出现早中期故障，1～5为轴承完好。
在以上分析的基础上，对某泵机组电机轴承故
障进行了验证，对该泵振动数据进行现场采集，分析
得到电机非驱动端轴承的评判值为5．63，可知滚动
轴承存在故障。将电机非驱动端水平方向频谱图进
行对比分析，得出故障特征频率同电机轴承内圈频
率重合，同时还伴随着谐波以及边频的出现，可以推
断轴承滚珠磨损严重。经过拆体大修检查后发现，
轴承滚珠有伤痕，内圈存在明显划痕，泵轴及泄压套
损伤严重，因加油管堵塞内部润滑脂而导致电机轴
承变质。修复后，结果显示轴承评判值仅为1．3，电
机内圈故障特征也基本消失，系统运行顺畅。
5 结语
在线状态监测和故障诊断系统能够实时监测设
备的运行状况，对一些有故障的部位能够及时发现，
采取预知维修的策略，定期更换密封及轴承等易损
件，这样就可以延长设备的大修周期，极大增加设备
的使用寿命。
通过实时的监测可及早发现输油泵的故障征
兆，消除突发性意外事故发生的可能性，保证安全输
油生产，消除安全隐患，具有显著的经济效益和社会
效益。
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(许编)

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