机泵设备智能监测系统在胜利石化总厂的应用

2014-12-25黄银山

设备管理与维修 2014年2期

黄银山

（胜利油田石油化工总厂山东东营）

设备故障诊断技术20世纪70年代初形成于英国，由于其实用性及为社会和企业带来的明显经济效益，受到企业和政府主管部门重视。尤其是计算机技术的迅速发展和普及，已经逐步形成了一门较为完整的新兴边缘综合工程学科。

石化企业属于设备资产密集型行业，对设备依赖程度高，且石油化工装置具有自动化水平高、生产连续性强、高温、高压、易燃、易爆、易腐蚀、易中毒等特点，一旦设备发生问题，导致泄漏，就会污染环境，甚至会发生火灾、爆炸、人身伤亡等重大事故。高温油泵风险性更高，为集中整治高温油泵在运行管理及技术上存在的问题，消除安全隐患，进一步做好高温油泵的运行管理工作，除了在巡检、维修、操作、提高备件质量等各方面加强管理外，还可以通过应用信息化技术来提升设备管理水平。针对高温油泵、关键机组安装无线监测传感器，利用故障诊断技术，实施智能监测诊断系统，即是消除高温油泵安全隐患的有效手段。

无线传感网络（Wireless Sensor Network，WSN）是当今国内外备受关注的、由多门学科交叉形成的新型前沿研究领域。无线传感网络的基本功能是收集并传输大量传感器节点所在区域的各种信息。无线的主要优势包括：①现场布线（包括信号线、电源线、网络线）减少60%左右；②检修维护方便：拆卸简单，不存在信号线切断的可能；③设备现场更为简洁。因此，无线方案非常适合应用于防爆场所的机泵设备监测。本文即对无线传感网络技术在胜利石化总厂机泵设备中的应用进行了研究，并全程跟踪了延迟焦化车间P7002/1辐射进料泵的故障发现、诊断分析与设备检修过程，检修的结果与诊断分析的结论完全吻合，表明了此系统能够及时准确的采集到机泵设备的振动和温度数据，并且根据数据的异常状况给出报警提示和检修建议，成功带领企业进入预知维修时代，获得了满意的监测控制效果。

一、系统简介

胜利石化总厂历来十分重视动设备状态监测工作，大机组采用了S8000监测系统，而对于机泵设备，除了使用手持式测振仪测温仪之外，近几年开始在重要装置安装投用了机泵设备智能监测系统，将重点关键机泵，尤其是高温油泵纳入了该系统。针对胜利石化总厂现状，根据生产装置情况，结合无线传感器网络的优点，胜利石化智能监测系统采用“无线智能传感+远程监测+专家分析”的技术路线，总体结构图如图1所示。其核心思路是通过无线的监测仪器对企业关键重要设备的状态进行自动监测、自动采集和自动存储，并且通过软件的辅助诊断功能，触发自动报警。不仅可以使设备管理人员实时、准确地掌握设备状态，同时又可在第一时间发现隐患，做到事前预防、预知检修，保障生产的安全、可靠和稳定运行。

系统由无线智能监测器、无线通信站和IMAS智能监测分析诊断系统组成。

（1）无线智能监测器，是针对现场测点较为分散、布线复杂的设备专门开发的无线监测产品，可实现振动信号和温度信号的采集，并通过无线的方式传输现场采集数据，避免了现场布线的工作，大大降低了企业对分散设备进行监测的难度。

（2）无线通信站，是无线监测方案的重要组成部分，负责无线智能监测器与数据库服务器之间的数据传输与通信；接收无线监测器传来的设备监测数据，并将数据传输给数据库服务器；从数据库服务器接受指令并下达给无线监测器。

图1 总体结构图

（3）智能监测分析诊断系统（IMAS），B/S架构的网络化设备状态监测整体解决方案，实现对设备状态的自动报警，并对设备故障进行早期诊断与趋势预测，为实现状态预知维修提供关于设备状态的标准量化的数据基础。

二、重要机泵设备在线状态监测方案

1.测点配置

在线监测测点部位的选择和测点采集参数的设置对在线监测的效果至关重要，需要对设备结构和监测有深入的了解。一般需要根据轴承的位置和型式在水平方向及垂直方向布置测点，有的设备还要在轴向布置测点。方案选择要根据具体的设备决定。

2.传感器的安装

根据无线监测器工作特性，垂直安装反应是最灵敏的，且一般选择离振源最近的刚性联接的位置，如轴承座进行安装。安装方式一般有2种。一是直接在设备本体监测部位打孔攻丝，将传感器通过连接螺栓安装在监测部位。二是传感器先安装在专门制作的支架或者底板上，然后将底板点焊或胶粘在监测部位。

传感器安装如图2所示。

图2 无线智能监测器安装图

三、监测系统管理情况

再好的设备设施、再先进的技术手段，如果没有科学的管理和严格的制度，都不能得到充分应用。只有管理到位，先进的设备和技术才能发挥其最大效能。

1.实现系统多方位监测

（1）保运单位（机修）状态监测小组有专人监测在线监测系统数据变化情况，数据有异常组织相关人员及时分析、现场确认设备运行情况。并做好相关记录。

（2）车间操作人员每班按时巡检，检查机泵及在线监测系统测点现场情况，有异常出现及时告知相关人员现场确认，并做好相关记录。

（3）车间设备主任及技术人员工作日期间每天对其监测系统进行监测。数据有异常或出现3、4级报警，及时联系机修分析处理，做好相关记录。

（4）机动科状态监测管理人员至少每工作日查看1次系统运行情况和各关键机泵的运行状态，每周一次对服务器软硬件运行情况进行检查，每月对各工作站软硬件运行情况进行1次检查，发现问题及时处理。

（5）每周定期组织专家组进行关键机组和机泵状态分析例会，就各类问题及3级及以上报警设备进行指导分析，提出处置意见，并发布周分析报告。

2.加强状态监测培训

加强培训，提高生产、检修、点检3方人员的技能。定期组织状态监测分析专家对车间技术人员、机泵专业人员和机修状态监测组相关人员对状态监测的频谱分析作了基础讲座并结合现场案例讲解，通过培训，提高各类人员对设备深层次问题的判断和处理能力，提前发现隐患，采取精确定位处理措施。

3.明确各级职责，责任落实到人

公厂编制并印发了“动设备在线状态监测管理规定”，明确了各部门管理内容和职责。

4.建立应急网络，及时处理诊断问题

建立机泵群在线检测应急网络，根据机泵在线检测系统报警级别设置，在系统出现各级报警时，一是在操作岗位实现声光报警，二是建立短信平台，分级报警实时发送短信至相应层级管理人员手机，建立了快速响应和反应机制。

5.做好监控问题的归纳总结

自系统投入现场使用，设备预知性维修20多起。减少了机泵恶性故障的发生，为装置安全生产带来了很大的保证。对设备运行中发现的问题，要及时做好归纳总结工作，举一反三，有针对性的对相关设备进行排查，减少故障重复率。

6.诊断设备故障预测发展趋势

系统运行期间，每月有专家对在线监测设备进行体检，关于设备的运行状态给出指导性意见，车间及保运单位根据专家给出的体检报告进行设备监护及维修。杜绝了设备恶性故障的发生。

四、案例分析

延迟焦化车间P7002/1辐射进料泵，由泵体与电机组成，泵体是双支撑结构，刚性安装，电机和泵在整体钢结构台板上，机组全部支撑为滚动轴承，泵稀油润滑，电机轴承脂润滑。现场测点布置：前轴承箱2个测点（水平3H和垂直3V），后轴承箱2个测点（水平4H和轴向4A），电机布置两个测点。

泵的转频50 Hz。泵轴承型号，后轴承7309BDB（角接触轴承），前轴承6211；电机轴承型号6313C3。轴承特征参数见表1。

表1 轴承特征参数 Hz

1.故障过程

泵后端4A测点数据至2014年3月11日期间内自由端速度及加速度幅值维持平稳。泵后端4H数据自2014年2月25日因故停止上传，历史数据幅值平稳，无异常特征。

2014年3月11日开始，泵自由端4A测点加速度幅值呈快速裂化趋势，加速度幅值由前期较稳定的6 m/s2左右上升至14 m/s2左右，幅值提高2.3倍，且保持着快速裂化趋势。速度幅值趋势与加速度保持同步上升趋势，但上升幅度低于加速度，由前期较为稳定的1.1 mm/s提高至1.7 mm/s。

从数据特征来看，泵自由端4A速度频谱中内圈特征频率及其谐波峰值能量上升是速度幅值上升的主要原因。泵驱动端3H、3V测点的速度频谱可见稳定的传递，加速度频谱同样存在一定的传递性，可能是泵转子系统存在一定的轴向力，导致后端轴承内圈滚道存有一定的偏移导致。

以自由端4A点的加速度数据、长波形数据进行重点分析，3月12日-3月13日的加速度频谱中可见清晰的自由端角接触轴承的内圈特征频率326 Hz及其谐波能量，能量集中在5000 Hz以下的中低频，内圈特征频率的转频边带清晰，边带能量较高。时域波形可见以内圈特征频率为间隔的稳定冲击，但冲击的转频调制不清晰，可能是由于内圈损伤处并非处于内圈滚道中心，经过负载区时无明显受力变化导致。4A点加速度、速度幅值仍处于上升阶段，温度未有明显变化，且峭度指标变化不大，判断泵自由端轴承内圈疲劳剥落，剥落面积不大，但，裂化速度较快，需监控运行，现场检查如有异响则尽快停机检查。

图3 加速度趋势图

2.数据分析

（1）趋势分析。泵驱动端3H、3V，泵自由端4A测点加速度总值趋势见图3。

（2）泵驱动端3H、3V，泵自由端4A测点速度总值趋势见图4。从泵端3个测点的加速度总值趋势可看出，自由端4A位置加速度总值上升迅速。对比机组驱动端及自由端测点的振动加速度幅值趋势，可见其余测点幅值较平稳，振动来源于泵自由端4位置轴承。

图4 速度趋势图

（3）时域、频谱分析。泵驱动端3H、3V，泵自由端4A测点速度频谱对比见图5。加速度频谱显示，特征频率是326 Hz，与7309BDB的内圈特征频率吻合。泵端3个测点同时可见泵自由端轴承内圈特征频率，泵驱动端3H、3V为自由端4A的传递。

图5 多频谱分析图

（4）泵自由端4A测点加速度频谱、时域波形见图6。加速度频谱及时域波形均反映了轴承内圈的损伤特征，加速度频谱中内圈特征频率的边带清晰，且存在边带不对称现象，符合内圈严重剥落故障特征。

图6 频谱分析、时域波形图

数据分析结论，泵自由端轴承内圈疲劳剥落，剥落面积不大，裂化速度较快。

3.检修验证

图7 解体后的内圈图片

2014年3月13日泵自由端4A测点加速度趋势呈现快速裂化上升趋势，并触发变化率和振动超限报警，在对数据分析后确定设备泵自由端轴承内圈存在剥落，但可在监控状态下运行。3月16日机组泵自由端4A点触发速度3级报警，在对数据分析后认为缺陷处劣化速度加快，随后通知现场做好更换轴承停机检修的准备。3月17日设备停机检修，更换泵自由端轴承。该轴承内圈剥落缺陷明显（图 7），与诊断结论一致，故障提前预知，检修时间把控良好。