脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统

包文运　冯永超　王乃华　吴志宏

摘 要：研制开发了脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统，该系统能够及时对脱硫浆液泵机组过流部件中的损伤部件进行精确故障诊断，及时对相关设备的运行状态进行有效评估，并为设备的检修工作提供科学且合理的建议。系统同时还能够对现场设备进行科学地管理，有效减少了非计划停机时间，使脱硫浆液泵机组的综合运行效率得到显著地提升。

关键词：振动;脱硫浆液泵机组;综合在线状态监测系统;非计划停机

1 引言

脱硫浆液泵机组工况与一般水泵机组比较为复杂，其工作介质具有腐蚀性强、磨蚀性强、比重大等特点。若浆液泵机组长时间在上述工况条件下工作，则过流部件容易因被腐蚀而导致变形，使浆液泵机组运行效率明显降低。同时，传动组件受变形及负载冲击而产生的附加结构应力影响，导致机组存在各种故障隐患。由襄阳五二五泵业有限公司所研发的脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统，能够在浆液泵机组各部件（轴、轴承、齿轮、叶轮等）正常运行过程中，实时检测各部件关键性能参数，通过对其进行统计分析，实现故障的识别和趋势预测，从而制定相应的维修和维护计划，并执行维修任务，有效避免了因故障部件运行而带来的机组运行效率低下、关联零部件损伤等问题。

2 系统框架

襄阳五二五泵业有限公司脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统由一个中心服务器（IMO Server）、若干个现场监测站（IMO1000）组成。中心服务器安装在脱硫企业局域网上的任一地方，在线收集、存储、管理现场监测站采集的数据，负责对脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统的设置与管理，并对数据实时传送给五二五泵业远程中心服务器。现场监测站安装在控制室或操作間，用于脱硫浆液泵机组的监测，负责对各种振动及工艺信号进行调理、采集、图谱分析，对启停机、变工况数据的临时存储，并实时向中心服务器上传数据。脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统软件为系统提供远程图谱浏览、远程专家会诊、诊断案例知识库、早期故障预警等额外增值功能。脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统整体框架如图1所示：

2 系统功能

2.1 振动分析原理

振动分析原理利用的是不同部件的振动频率作为识别的特征，通过对振动特征频率和设备故障建立起数学模型，从而实现对设备故障特征的识别和诊断。

2.2 振动分析流程

图2为振动分析数据处理流程，通过对选择后的测点进行数据采集，而后对采集的数据先后进行时域处理和频域处理，具体的包括速度频谱分析和包络频谱分析，并对获得详细的故障诊断报告进行分析以达到及时诊断故障的目的。

2.3 测点布置及安装

为使振动分析结果精准可靠，测点的定位选址必须遵循如下两点原则：一、须选在能够真实反映振动情况的部位;二、尽量靠近轴承承载区。脱硫浆液泵机组机械传动部分主要由泵轴、齿轮箱、电动机组成。在各部位轴承位置或各传动连接端（高速端）安放振动加速度传感器采集它们的加速度信号，同时在浆液泵机组各接口处安放压力、流量、电流、温度等信号采集装置。

2.4 数据采集

数据采集需要考虑采集的数据的尺寸，在实际中，应以采集最小的数据量为原则设置好合适的采样频率。并采用数字信号包络解调、复杂工况多条件触发数据采集、信号调理、抗干扰、键相的有键与无键采集等技术对各部件的振动数据进行实时采集。鉴于数据的采集周期存在差异，特将所采集数据分为两类：一类是实时数据，该数据可以在时间维度上尽可能地反映部件的振动信息，反映信息的多寡取决于采样频率的设定;而另一类是波形数据，它是指将某段时间内的振动数据存储而形成的数据。如图3所示为在华电襄阳发电有限公司5#机组吸收塔浆液循环泵E上信号图。

2.5 数据存储与上传

信号数据采集至现场监测站，经现场监测站调理、分析后通过光纤传输至脱硫企业中心服务器，最后通过互联网将数据上传至五二五泵业远程中心服务器。系统采用基于工况与事件的数据存储策略：对于机组日常（稳态）情况下，系统采用基于时间的数据存储方式;振动、工艺量等变工况下，系统采用智能监测时间的数据存储方式。该策略大大酱烧了存储量，保证没有多余的与诊断无关的信息存储，从根据上解决了数据完整性与数据有效性之间的矛盾。数据上传采用了10到20倍的高保真数据压缩技术，使一台机组上传数据量只有几K/秒，确保流量数据的刷新速度。

2.6 时域分析

中央服务器对所上传现场数据首先执行时域处理，即根据预先定义好的性能指标对数据进行聚类统计。五二五泵业在其水泵测试中心采用在线振动监测系统对6个系列147种泵型近700台次脱硫浆液泵机组振动数据进行采集分析，一方面，根据行业标准设定各机组的振动阈值，另一方面，基于所采集数据实时动态调整振动阈值，有针对性地对不同型号机组设置不同的范围，从而实现根据范围对数据进行分组识别。通常可以分为正常和故障两种状态，在此基础上还可以往下细分，例如故障状态还可以分为一般故障或严重故障。

2.7 频域分析

2.7.1 传统频谱分析法

传统频谱分析法局限于针对设备运行过程中所产生的不平衡、不对中、机械松动、动静碰磨和共振等机械故障而导致的低频振动问题（0～300Hz），当且仅当轴承出现严重损坏时才表现为低频振动问题，进而被检测到，无法在轴承故障初期对其进行故障预警。如图4所示为所采集时域数据经过传统频谱处理方法得到的频谱图。

2.7.2 包络谱法

周期性冲击振动所产生的带宽较宽的冲击信号，往往是由于设备的严重损伤类故障而导致的。该信号实质上是由多个信号叠加产生，除包括故障信号外，也有可能夹杂了其它部件的振动信号。因此，为实现对齿轮、轴承等零部件的早期缺陷与润滑问题进行及时检测与预警，须将包络检测技术融入传统的频谱分析技术。即利用包络检测技术中对高频段信号中瞬态畸变小信号能量进行加强，从而实现故障的检测。图5展示了使用上述技术处理得到的频谱图。

3 现场应用

华电襄阳发电有限公司5#机组吸收塔浆液循环泵E运行时泵驱动端存在异常的振动和噪声，减速机高速端轴承位温度高，对浆液循环泵E进行解体检查，泵轴承内外圈轨面无明显缺陷，重新更换叶轮转子后故障现象无明显改观。为了对故障源进行定位，2016年4月华电襄阳发电有限公司为5#吸收塔浆液循环泵安装了襄阳五二五泵业有限公司脱硫浆液泵机组综合在线状态监测系统。

浆液循环泵驱动端配对轴承型号分别为SKF29340E、NJ238ECJ。对轴承振动监测对浆液循环泵机组叶轮、轴、轴承、齿轮箱、电机等零件故障进行监测，不同零部件所对应的振动特性频率在包络频谱中均有体现。基于线性系统对数据进行跟踪分析，发现浆液循环泵振动稍高，泵连接端振动超过6mm/s，且有增大趋势，频谱表现为随机宽带信号，有明显的汽蚀现象，从加速度包络可以看到，泵轴承内圈存在缺陷频率。齿轮箱高速端振动在5mm/s左右，频谱能量主要表现为1X啮合频率，说明齿轮箱负载过重，轴承齿轮无明显缺陷。根据上述诊断结论对泵驱动端轴承进行更换，对齿轮箱油润滑系统进行了检修改造，同时适当调整了吸收塔石灰石浆液参数及液位，再次运行后，泵驱动端存在异常的振动和噪声消除，减速机高速端轴承位温度恢复到正常水平。

4 结论

综合在线状态监测系统基于振动分析的原理，替代人工点巡检，实现设备早期预警和保健，及时发现并解除设备问题，有效避免设备重大故障与运行风险，降低检修费用，真正实现设备状态检修与优化维修，提升设备管理与信息化水平，对现场脱硫浆液泵机组的维护和管理具有指导意义。

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