炼油厂离心泵振动状态监测及故障诊断

炼油厂离心泵振动状态监测及故障诊断
摘要：离心泵是辅助炼油生产的重要设备，在运作时会产生振动，如果振
动超标会引发设备故障，所以炼油厂为防止离心泵出现问题会对其工作过程进行
监控，设备发生故障后还要根据监控数据对故障进行诊断。

本文主要分析研究离
心泵产生振动原因，并针对监控数据和故障诊断提出解决对策。

关键词：离心泵；故障诊断；检测
一、引言
炼油厂离心泵主要是由泵轴、泵体、叶轮、密封环、轴承以及填料函等构成，其中最为关键部位就是叶轮，叶轮转速快产生巨大作用力；泵体也称之为泵壳，
属于水泵的关键构件，发挥着固定与支撑的作用；泵轴主要是通过连接电动机与
连轴器来传递电动机转矩给叶轮，实现机械能的传递；填料函通常是由水封管、
填料筒、水封环、填料等内容构成，用于对泵轴以及泵壳间空隙的填充。

离心泵
的工作原理是利用叶轮高速转动产生离心力，再借助离心力传送水，离心泵内部
构造比较复杂，所以叶轮转动速度越快，振动也会受转动速度影响越来越明显，
振动明显会影响轴承、法兰螺栓等零部件松动脱落或受损。

炼油厂为提高工作效率，不断要求提升离心泵转动速度，但是振动问题带来的影响也会加重，因此需
要加大对离心泵振动问题和故障诊断研究力度。

二、炼油厂离心泵的振动特征
炼油厂离心泵在工作运转时会发出三种振动信号，分别是周期信号、准周期
信号、机平稳随机信号，振动信号频率受离心泵转动运行频率影响，所以只要能
够研究分析透彻振动频率和离心泵转子回转频率之间存在的联系，就能够根据振
动频率诊断设备故障。

根据离心泵振动信号频率和转动频率之间关系可以具体分
成三种振动，分别是同步振动、亚同步振动、超异步振动。

同步振动的振动原理
是转子振动频率和转速一致或者倍频亚同步振动转子振动频率低于转速目为转速
的分倍数。

超异步振动的振动频率超过转频并且没有倍数关系。

三、炼油厂离心泵振动的主要原因
（一）机械因素
离心泵由于其结构以及运转特点，在工作时产生振动是正常情况，但是振动
超标时会导致振动故障。

离心泵的设计、制作、安装情况会影响振动情况和频率，但是离心泵在使用时，导致其振动超标的原因主要分为两种，第一种是机械因素。

离心泵在生产运行过程中，内部机械由于安装错误、零件老化、质量问题等原因
引发离心泵振动超标就是机械因素，比如叶轮安装错误、泵库刚性不足、离心泵
轴承弯曲变形、零部件质量不佳、液体传输管道被堵等都是目前较为普遍的机械
因素。

但是机械因素不同会引发不同的振动原因，比如泵座刚性不足时，会导致
离心泵抗干扰性下降，从而受振动影响更严重。

液体传输管道被堵，则导致管道
受水冲击力度提升，从而引发振动问题。

（二）水力学因素
水力学因素是影响离心泵振动的另一个主要原因，通常引起振动问题的水力
学因素主要有气蚀、喘振、流体压力波动等，当离心泵内部液体压力比气化压力
低时，液体会转化成气泡流向高压区，气泡由于压力过高被压碎后消失，液体会
占据气泡原来位置，液体占据填充空间时会产生水力冲击，这就是气蚀引发振动
的原理。

喘振是指管道中存在的液体发生有时间规律性的震荡，主要是管道下游
和出口处压力改变引起。

流体压力波动是离心泵内液体流动情况不正常，流体对
管道压力发生改变，同时对转子产生径向力，最终导致设备振动。

四、炼油厂离心泵振动状态监测及故障诊断技术的实际应用
（一）离心泵振动状态监测
化工行业使用的生产设备较多，因此需要对设备进行常规检查、清洗设备、
维护检修等维持设备性能，但是如果要严格按照要求对生产设备进行检查管理，
工作量非常大，而且设备没有问题时进行检查对减少设备故障问题没有太大作用，所以监测离心泵振动情况主要还是借助专门传感器来监测离心泵振动信号，收集
离心泵振动信号数据，根据监测数据建立振动检测系统，使用振动能量法和频谱
特生法测试离心泵振动频率，随时监测离心泵振动情况，为振动故障诊断提供参
考数据。

目前炼油厂离心泵振动检测系统主要由振动传感设备、双通道数据采集
设备、计算机终端、振动情况分析软件组合而成，离心泵工作运转时，振动传感
器负责收集振动信号传送到计算机终端，终端内的振动分析软件会分析收集的振
动信号，对振动频率、能量、峰值等信息进行分析。

通过分析，如果发现数据指
标异常，就会将数据传送到双通道数据采集设备中，让数据采集设备再次进行现
场数据检测，然后将数据储存到数据库，最后根据数据检测结果就能够诊断出导
致离心泵振动异常的故障。

（二）离心泵故障诊断与处理
1.离心泵故障诊断
离心泵日常运行会影响炼油厂生产，所以为不影响炼油厂正常生产，诊断离
心泵设备故障时不能将设备拆卸检查，但是又需要根据振动信号对离心泵设备进
行检测。

振动信号内含较多设备信息，所以传感设备收集到相关振动信号后，可
以使用频谱分析法、人工神经网络、专家系统、模糊故障诊断等方法研究分析振
动信号，在振动信号中提取有效信息并对信息进行分析从而对设备进行故障判断。

比如借助专家系统开发工具能够把专家系统植入相关计算机程序上，利用系统分
析振动参数，将异常参数与正常参数对比来明确设备故障问题。

但是，离心泵故
障诊断不能仅仅依靠振动信号，离心泵瞬时角速度、电流、电动机功率等参数也
是判断离心泵故障问题的重要参考信息，这类数据也能作为判断设备故障的辅助
依据。

计算机系统在分析研究离心泵故障问题后，还会通过分析故障数据和当前
设备工作情况来推测离心泵后续使用状态，对其使用情况进行预测，能够根据预
测问题制定解决对策，向维修人员提供故障原因、故障位置、判断故障问题大小
以及能否维修、提供维修方案等，极大提升故障诊断和维修工作质量和效率。

减
少离心泵因维修停机工作时间，不影响炼油厂生产工作，还可以确保维修工作切
实有效。

2.离心泵故障处理
确定离心泵故障需要维修后，离心泵维修期间还是需要停止工作，所以要保
障炼油厂生产工作，就需要对离心泵的故障问题进行有效预防。

比如为防止离心
泵内部主要部件发生主轴承变形弯曲、叶轮瓢偏等问题，维修人员需要定期对离
心泵设备进行检修维护，如果发现零部件出现问题，要及时更换，不能在零部件
彻底报废引发设备故障后再更换。

针对液体管道堵塞问题，也需要定期对管道进
行清洁、疏通管道。

五、结束语
目前由于社会经济快速发展，炼油厂生产规模也在逐渐扩大，随着炼油生产
需求不断提升，离心泵设备转动速度也必然需要提升，但是振动问题也会随之而来，因此炼油厂必须同步制定相对应解决办法，借助传感器技术、数据通讯技术、软件技术等高端技术加强离心泵的监测和故障诊断。

在离心泵发生故障时能够及
时警示并针对故障问题进行有效解决。

参考文献
[1]刘起超，周云龙，梁超，等.离心泵运行状态在线监测与故障诊断装置研
制与应用[J/OL]. 热力发电，2019（1）：30-35.
[2]石明海.状态监测及故障诊断技术在炼油厂关键离心泵上的应用[J].化工
管理，2018（23）：39.
[3]王凡.探究离心泵在成品油管道输送过程中的故障诊断及处理[J].化工管理，2018（14）：229.。