周岩

（中海石油华鹤煤化有限公司，黑龙江鹤岗 154100）

0 引言

中海石油华鹤煤化有限公司一套以煤为原料、年产30 万吨合成氨和52 万吨大颗粒尿素的煤化工生产装置，其中空分装置配两台法国CRYOSTAR 品牌进口液氧泵，泵体与电机连接结构如图1所示，属于低温液体多级立式离心泵，介质液氧温度-186 ℃，出口压力8.6 MPa，持续输送高压液氧，经高压换热器为气化炉输送原料氧气，是装置的核心设备之一。液氧泵电机投运后长期存在轴承使用寿命短、检修频繁、生产风险高等问题，影响装置长周期稳定运行。

图1 液氧泵结构

1 液氧泵电机简介

DOR 355L2-2-044 型液氧泵电机为德国HELMKE 品牌，额定功率315 kW，额定电流518 A，额定转速2984 r/min，最高转速3600 r/min，安装方式为立式，同轴风扇自冷却方式降温，由ABB 品牌ACS800 变频器调速控制，采用主泵高速3300 r/min、备泵低速1400 r/min 的运行方式，驱动端轴承采用2×7222 ETP2HUL双轴承背靠背安装方式，轴承间带有平衡环，非驱动端采用6317M/C3 单轴承。

2 电机轴承损坏记录

自2014 年设备投运至2017 年间，液氧泵电机轴承损坏故障较为频繁，故障多发生于冬季低温时期。液氧泵电机故障检修记录见表1。

表1 2015—2017 年液氧泵电机故障检修记录

3 电机轴承损坏原因分析

3.1 环境温度

鹤岗地区冬季最低温度可达-30℃以下，虽然轴承所用KLUBERQUIET BQ74-73N 润滑脂有耐低温特性，但冬季低温使轴承内油脂的流动性变差，油脂无法充分进入轴承室，长期如此易导致轴承润滑不良而发热，甚至轴温骤然升高烧毁轴承。

3.2 加脂方法

一般在液氧泵电机加脂足量的情况下，轴承温度短时间或长时间内持续上升，直至过多的油脂在离心力作用下逐渐脱离轴承室后，轴承温度开始回落至正常值，如图2 所示。

图2 电机日常加脂前后温度变化趋势

液氧泵电机铭牌标注的加脂方法存在加脂量较多、加脂周期较长的问题（表2）。

表2 液氧泵电机铭牌加脂要求

加润滑油需考虑液氧泵高转速下对加油效果的影响，否则盲目定量加注，会造成轴承润滑不到位或过量而长期高温甚至烧毁。通过观察每日轴承温度上涨与回落呈规律性变化，受季节环境温度变化影响，每日趋势可能稍有差异，但依然可作为轴承温度异常状态的判定依据。

3.3 液氧泵转速变化

液氧泵在手动提速、正常或联锁切泵后，随备泵转速升至额定的过程中，电机轴承温度呈上涨趋势，并随液氧泵工况稳定而逐渐趋于平稳，再回落至正常温度。

3.4 电机检修与回装质量

起吊、拆卸联轴器螺栓前，需先用塞尺测泵体轴向定位尺寸“E”值，严格按“E”值对中、回装复位。电机与泵体的配合精度高，且联轴器为刚性，整机回装前需水平垂直起吊，注意电机固定支架水平度，以准确将泵体插入联轴器内。

液氧泵电机结构精密复杂，有抗低温系统，检修技术要求高。电机解体拆卸前，要求进行精确的机械测绘、尺寸配合数据记录，特别是轴承与轴径、轴与端盖间的配合尺寸，检修后更要按拆卸前的数据进行回装。

液氧泵与电机间直接通过刚性联轴器相连，泵体吊挂于电机下方，泵内无止推轴承，而电机轴承设计特殊，驱动端采用双轴承“背靠背”安装结构，故电机驱动端承受整体机泵的轴向推力。若配合尺寸出现问题，液氧泵长期运行后，易出现电机两端轴弯曲、轴动平衡不达标，对电机振值、轴承温度和使用寿命有一定影响。

近几年的液氧泵检修校轴检查结果中，多次出现过电机轴弯曲问题。因此需根据液氧泵电机日常运行振值、温度、声音等指标分析，提前预防检修，避免突发事故。

4 电机优化改造措施

4.1 电机平衡环改造

2015 年11 月液氧泵电机检修期间，根据电机结构和工作原理，原设计润滑脂由上侧轴承流出供下侧轴承润滑，但实际油脂只能到达下侧轴承外圈，无法到达轴承室，使下侧轴承得不到充分润滑而导致轴承损坏的主要原因，说明双轴承供油系统存在设计缺陷。经研究分析并制定改造方案，在保证原有结构和机械强度下，改造液氧泵电机驱动端双轴承间平衡环结构，在确保机械强度情况下，增加6 条对称均布的圆形凹槽，凹槽同侧的边缘加工同深度的边环，作为新增润滑通路，确保下轴承润滑良好（图3）。

图3 改造后的驱动端平衡环

4.2 增加下轴承加脂通道

利用钻床在平衡环对应部位的驱动端端盖外部加工一条润滑脂通道，实现驱动端轴承双加脂孔结构，作为平衡环改造的补充措施，实现驱动端轴承可靠润滑。改造后驱动端轴承再未出现突发损坏问题。

4.3 非驱动端增加测温点

原电机非驱动端无测温点，为针对2016—2017 年非驱动端轴承多次损坏问题，改造非驱动端端盖，增加测温传感器，并将信号远传至中控，实现与驱动端轴承温度同步在线监控，便于掌握轴承运行状态，提前做好预防检维修。

4.4 消除轴电流措施

2019 年8 月份预防检修液氧泵电机，发现非驱动端轴颈、轴承滑道内存在腐蚀状压痕（图4），结合FLUKE 轴电流检测设备诊断结果分析，确认为轴电流引起的电侵蚀与槽沟。为消除轴电流带来的危险隐患，采取以下措施：

图4 电机非驱动端轴颈电腐蚀痕迹

（1）将原有非驱动端的6317M/C3 轴承改为电绝缘轴承6317M/C3VL0241，即轴承外圈带有氧化铝涂层，增加绝缘能力，避免形成轴电流回路。

（2）电机风扇罩增加方形可视窗口，在非驱动端扇叶与端盖间的轴伸部位安装接地碳刷，确保轴颈与机座均可靠接地，使转轴为零电位，以消除轴电压，并定期通过观察，及时更换碳刷，避免产生轴电流对轴承、轴颈产生电侵蚀。

5 电机管理优化措施

5.1 工艺优化措施

正常工况时，工艺操作人员按照厂家提供的液氧泵转速—压力对照表（表3）进行升速、提压。稳定工况下，转速、压力保持不变，回流阀自动控制调节压力。

表3 液氧泵转速—压力对照表

异常工况时，以液氧泵电机驱动端轴承温度波动情况居多，当温度异常波动时，立即检查电机振值、电流，轴承声音有无异常。若轴承温度上升至60 ℃时，工艺手动将备泵转速提升至2500 r/min左右，视情况做好倒泵准备，协调气化装置同步调节氧气压力，若10 s 内温升超10 ℃，紧急停泵。当备泵转速升至额定值后，迅速将原主泵降速至1400 r/min 观察运行参数，可考虑接引仪表空气吹扫降温，必要时停机检查。

液氧泵法兰盘自带的电伴热带功率有限，仅能防止电机轴承结霜，冬季极寒温度期间，考虑在氧泵电机驱动端增加保温，避免轴承温度过低带来的危害。

5.2 电气优化措施

（1）改变原有电机润滑保养方式，使用带有数显流量计的电动油枪，逐克缓慢加脂，驱动端改为18 g/720 h，非驱动端改为10 g/720 h，以缩短加脂周期、减少加脂量、增加加脂频率，随时观察中控温度变化趋势，若温度上升速率超过10 ℃/min，应立即停止加脂，回落后再加，必要时可采取临时降温措施。

（2）根据环境温度变化，以0 ℃为界，环境温度≥0 ℃时，以60 ℃作为异常温度点；环境温度＜0 ℃时，以30 ℃作为异常温度点，执行两种不同的异常运行判定标准。

（3）严格安装液氧泵电机各配合数据进行回装，提高电机检维修、回装质量，重点是泵体轴向定位尺寸“E”值。

（4）执行液氧泵电机每日定检定巡、测温测振记录，做好数据对比分析与总结。

6 总结

经过改造HELMKE 液氧泵电机驱动端平衡环结构、完善轴承温度监测、消除轴电流、优化电机管理等技术措施，未再突发液氧泵电机损坏故障。根据实际运行情况，综合分析判断异常原因，灵活采取可靠措施，攻克液氧泵电机运行维护难题，有效提高了液氧泵的运行稳定性，实现了液氧泵的安全、稳定、长周期运行目的，为全厂生产系统的持续运行提供了可靠保障。