狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在乙二醇裝置中的應(yīng)用

吳偉文

(中國石化上海石油化工股份有限公司化工部， 200540)

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在乙二醇裝置中的應(yīng)用

吳偉文

(中國石化上海石油化工股份有限公司化工部， 200540)

中國石化上海石油化工股份有限公司乙二醇裝置應(yīng)用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)動設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測，診斷和分析了多起故障隱患，為及時制訂處理措施提供技術(shù)支持，確保了裝置生產(chǎn)的連續(xù)安全平穩(wěn)運(yùn)行。

狀態(tài)監(jiān)測 故障診斷 設(shè)備管理 乙二醇

狀態(tài)監(jiān)測通常是指通過測取設(shè)備運(yùn)行時產(chǎn)生的振動信號進(jìn)行處理分析和特征提取，判斷設(shè)備所處狀態(tài)屬正常還是異常，從而對設(shè)備當(dāng)前的運(yùn)行狀態(tài)作出評估和處理。其根本目標(biāo)是保證設(shè)備的安全、可靠、高效和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行［1］。

1 PMS點(diǎn)檢網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)特點(diǎn)及應(yīng)用

1.1 系統(tǒng)特點(diǎn)及功能

離線式設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)(PMS)依托中國石化上海石油化工股份有限公司化工部(以下簡稱化工部)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)，采用服務(wù)器/客戶端體系結(jié)構(gòu)，以數(shù)據(jù)庫為核心，將各點(diǎn)檢工作站(以裝置為單位)的設(shè)備狀況信息動態(tài)上傳至服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的內(nèi)部共享，并利用客戶端程序進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取，不僅有助于各工作站現(xiàn)場設(shè)備監(jiān)測診斷人員的直接溝通，而且使中、高層技術(shù)和管理人員可及時了解設(shè)備狀況，進(jìn)一步優(yōu)化宏觀管理。該系統(tǒng)的功能為:動態(tài)上傳點(diǎn)檢工作站的設(shè)備數(shù)據(jù)至數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)積累和共享;客戶端軟件(包括信號分析和狀態(tài)瀏覽兩部分)采用樹狀結(jié)構(gòu)直觀顯示設(shè)備的狀態(tài)信息;信號分析軟件提供時域、幅值域、頻域、時差域等多種分析功能，能夠分析化工部設(shè)備中任一測點(diǎn)的數(shù)據(jù)并顯示趨勢;信號分析軟件提供包含幅值、頻段報警在內(nèi)的多種報警方式;信號分析軟件自動生成測點(diǎn)的報警事件報告和數(shù)據(jù)分析報告;報警設(shè)置具有用戶根據(jù)系統(tǒng)實(shí)際情況進(jìn)行修改、調(diào)整的功能;瀏覽器為管理人員提供測點(diǎn)分布圖片、設(shè)備報警狀態(tài)以及各類統(tǒng)計信息。

1.2 應(yīng)用情況

作為設(shè)備管理的一個重要手段，化工部乙二醇裝置針對設(shè)備運(yùn)行的實(shí)際情況，從2004年起，應(yīng)用上海華陽監(jiān)測儀器有限公司生產(chǎn)的PMS網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備巡檢系統(tǒng)，對轉(zhuǎn)動設(shè)備實(shí)施全面的狀態(tài)監(jiān)測工作。

為此，按照化工部建立的管理網(wǎng)絡(luò)和管理制度，乙二醇裝置實(shí)行每周一次的數(shù)據(jù)采集、上傳及分析，對有異?；蛘駝佑猩仙厔莸膭t根據(jù)實(shí)際情況增加監(jiān)測頻次，以便對故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行定量和定性的分析與跟蹤，從而使設(shè)備的運(yùn)行狀況及時展現(xiàn)在設(shè)備管理人員面前，更好的實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的管理和維護(hù)。

2 PMS系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用分析

通過對PMS系統(tǒng)的運(yùn)用，每年能診斷和分析多起故障隱患，下面列舉幾個典型案例。

2.1 1#乙二醇G－920A轉(zhuǎn)子不平衡故障

2.1.1 轉(zhuǎn)子不平衡故障反映的振動特性

所謂不平衡，就是由于旋轉(zhuǎn)體軸心周圍的質(zhì)量分布不均，使其在旋轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生離心力而引起振動的現(xiàn)象。由不平衡所引發(fā)的振動，其最重要的特點(diǎn)就是發(fā)生與旋轉(zhuǎn)同步的基本振動，其振動有如下特性。

(1)振動方向:以徑向?yàn)橹鳎绕錇樗椒较?

(2)振動頻率:以旋轉(zhuǎn)頻率為主要頻率f0(見圖1);

(3)相位:與旋轉(zhuǎn)標(biāo)記經(jīng)常保持一定的角度(同步);

(4)振幅:在一階臨界轉(zhuǎn)速內(nèi)隨著轉(zhuǎn)速的升高，振幅增長的很快，轉(zhuǎn)速降低時，振幅回落也很快。

圖1 不平衡的振動頻譜

此類簡支型機(jī)泵的測點(diǎn)設(shè)置在具有足夠靈敏度的軸承座上(見圖2)，每個測點(diǎn)均包含軸向(A)、水平方向(B)和垂直方向(V)，其不平衡故障的特征信號主要表現(xiàn)在基頻(1×，“×”意為“倍頻”，以下相同，如2×即為2倍頻)，且在頻譜圖中，各諧波能量尤以基頻的能量最為突出，而且徑向比軸向占明顯的優(yōu)勢［2］。

圖2 G－920泵示意

2.1.2 故障信號的診斷及分析

2011年9月23日發(fā)現(xiàn)該泵在運(yùn)行中振動偏大，經(jīng)狀態(tài)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)泵非驅(qū)動端4H(見圖3)振動幅值達(dá)到27 mm/s，振動值(振動速度有效值或振動烈度)已超過標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)到18.8 mm/s(標(biāo)準(zhǔn)為不大于11.2 mm/s)。

通過截取故障設(shè)備的相關(guān)振動頻譜及振動波形信號進(jìn)行分析:該泵經(jīng)過長時間運(yùn)行后，相關(guān)部件存在疲勞磨損，進(jìn)而引起轉(zhuǎn)子平衡破壞，泵的振動偏大;4H的振動波形為標(biāo)準(zhǔn)的不平衡癥狀信號(見圖4);另外，該位置(泵非驅(qū)動端4A、4H、4V)3個方向測點(diǎn)的振動頻譜均為1×，占明顯優(yōu)勢，而4H尤為特出。由此得出結(jié)論，即泵存在轉(zhuǎn)子不平衡故障。因無備件，此泵暫作緊急備用。12月中旬備件到貨，隨即進(jìn)行拆檢，檢查后發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子平衡盤磨損嚴(yán)重，而從平衡盤照片中可以清晰地看到平衡盤端面的不均勻嚴(yán)重磨損。由此也印證了故障原因分析與實(shí)際情況相吻合。

圖3 4H(水平向)頻譜

圖4 4H(水平向)波形

經(jīng)過檢修后，2012年1月5日G－920A試車運(yùn)行，振動值明顯改觀，泵振動恢復(fù)到正常狀態(tài)，檢修前后振動數(shù)據(jù)請見表1。

表1 振動速度有效值 mm/s

2.2 2#乙二醇2G－920A電機(jī)軸承摩擦故障

2.2.1 摩擦故障所反映的振動特性

當(dāng)旋轉(zhuǎn)體與靜止件相接觸時，轉(zhuǎn)子摩擦通常會產(chǎn)生0.5×的頻率。摩擦有可能是局部摩擦也可能是整圈摩擦，會產(chǎn)生許多頻率，激起一個或幾個共振，有較多的亞諧波的倍數(shù)頻率(0.5×、1×、1.5×、2×、2.5×等)，在徑向方面表現(xiàn)較突出(見圖5)。轉(zhuǎn)子摩擦?xí)て鹪S多高頻，如軸與軸承接觸，則摩擦可能很嚴(yán)重，軸與密封接觸，摩擦則稍輕一些。如由間隙過大的滑動軸承支承的系統(tǒng)中存在不平衡或不對中則會引起大的振動。

圖5 典型的摩擦頻譜

2.2.2 故障信號的診斷及分析

2011年12月6日，2G－920A振動異常(測點(diǎn)分布參見圖2)，經(jīng)對該泵振動所反映的特征信號作頻譜分析，發(fā)現(xiàn)有 1×、1.5×、2×、2.5×、3×、3.5×、4.5×等具有摩擦特征的故障頻率;表現(xiàn)在頻譜的整數(shù)倍頻兩旁有0.5×倍頻的邊差頻率(該泵工頻為50Hz)(見圖6～7)。測點(diǎn)圖1H(圖6)中整數(shù)倍旁有半倍頻，且在高頻處也出現(xiàn)類似的頻率(如4.5×、5.5×)，同時其他圖譜中(如圖7)也有類似現(xiàn)象，因而得出該泵轉(zhuǎn)子存在較為嚴(yán)重的摩擦故障。

圖6 2G－920A 1H(水平向)頻譜

圖7 1V(垂直向)頻譜

再看圖6，其振動能量主要分布于1×、2×、及高頻6×處，并且2×頻率分量其振動值已超過1×的50%，這預(yù)示著該泵還存在不對中的故障潛證。

通過分析，安排停機(jī)拆檢，經(jīng)拆檢發(fā)現(xiàn)該電機(jī)非驅(qū)端(測點(diǎn)1A、1H、1V位置)軸承已摩擦開裂(見圖8)。經(jīng)過檢修更換新軸承后安裝調(diào)車，電機(jī)振動恢復(fù)正常。檢修前后振動數(shù)據(jù)見表2。

表2 檢修前后軸承振動速度有效值 mm/s

圖8 非驅(qū)動端故障軸承

2.3 2#乙二醇2G－116B軸系對中不良故障

2.3.1 軸系不對中情形

所謂不同軸，是指用聯(lián)軸節(jié)聯(lián)接起來的兩根軸的中心線不重合的現(xiàn)象，又稱不對中。不同軸現(xiàn)象可進(jìn)一步細(xì)分為3種情形:(a)位置不對中;(b)角度不對中;(c)位置和角度不對中。當(dāng)泵與電機(jī)軸系存在不同軸時，除產(chǎn)生徑向振動外，還容易發(fā)生軸向振動。不同軸不嚴(yán)重時，其頻率成分為旋轉(zhuǎn)基頻;嚴(yán)重時，則產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)基頻的高次諧波成分。

2.3.2 不對中振動的特點(diǎn)

不對中振動的特點(diǎn)主要由以下幾點(diǎn):

(1)一般為1×為主，也有2×的，當(dāng)2×處的幅值大于1×處的50%時意味不對中程度已加劇，如聯(lián)軸器軸系不同軸劇烈時，也會發(fā)生3×等諧頻成分;

(2)隨著不對中程度的增加，產(chǎn)生很大的軸向振動分量;

(3)振幅與轉(zhuǎn)速的關(guān)系不大。

2.3.3 故障信號的診斷及分析

2G－116B為懸臂式離心泵，2011年12月29日監(jiān)測跟蹤到振動偏大，經(jīng)校驗(yàn)該泵組原始對中情況，測得泵與電機(jī)外圓相差0.60 mm，平面差0.27 mm，標(biāo)準(zhǔn)要求為外圓不大于0.10 mm，平面不大于0.05 mm。以下結(jié)合圖譜進(jìn)行分析說明。

從上面不對中故障反映的振動特性中可以知道，當(dāng)聯(lián)軸器軸系對中不良時，有時會呈現(xiàn)3×頻率(工頻為25 Hz)，嚴(yán)重時會有它的倍頻頻率信號出現(xiàn)(如2倍的3×)，見圖9～11測點(diǎn)3A、3H、3V，圖譜中頻譜分量最大的頻率為150 Hz，這是3×的2倍，另外，測點(diǎn)3A軸向頻譜分量也較大，振動有效值達(dá)3.92 mm/s，與泵存在不對中的情況相吻合。

經(jīng)過檢修后，2G－116B泵振動顯著改善，振動最大點(diǎn)3V由9.3 mm/s減小到4.1 mm/s，泵振動基本恢復(fù)到正常狀態(tài)。

圖9 3A(軸向)頻譜

圖10 3H(水平向)頻譜

圖11 3V(垂直向)頻譜

一臺機(jī)組出現(xiàn)故障，有時并不只是單純的一種機(jī)械故障，而往往是幾種故障同時存在的現(xiàn)象。因此，認(rèn)真做好運(yùn)行設(shè)備故障診斷及分析，使設(shè)備維修有的放矢，既提高設(shè)備的運(yùn)行安全，又保障了裝置平穩(wěn)生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

通過上述理論分析和案例分析可以知道，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用對設(shè)備管理意義重大，它可以幫助我們分析判斷設(shè)備運(yùn)行狀況，合理安排檢修計劃，有效指導(dǎo)和評價設(shè)備維修及質(zhì)量性能，降低維修成本，形成設(shè)備管理的新模式。隨著狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的深入應(yīng)用，設(shè)備管理水平將有更大的提高。

［1］ 黃長藝，嚴(yán)普強(qiáng)．機(jī)械工程測試技術(shù)基礎(chǔ)［M］．北京:機(jī)械工業(yè)出版社，2001．

［2］ 全國機(jī)械振動與沖擊標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會．GB/T 6075．3—2001在非旋轉(zhuǎn)部件上測量和評價機(jī)器的機(jī)械振動(第3部分)［S］．北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001．

Application of Status Inspection System in Ethylene Glycol Plant

Wu Weiwen
(Chemical Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The ethylene glycol plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited used equipment status inspection and fault diagnosis system to inspect the operation status of equipment．The system inspected and analyzed several hidden dangers of faults，which provided technical support for formulating treatment measures in time，and ensured continuous，safe and stable operation of unit．

status inspection，fault diagnosis，equipment management，ethylene glycol

1674－1099 (2012)05－0047－04

TP277

A

2012-05-28。

吳偉文，男，1967年出生，工程師，2003年畢業(yè)于華東理工大學(xué)機(jī)械系機(jī)械設(shè)計制造及自動化專業(yè)，現(xiàn)從事設(shè)備管理工作，曾發(fā)表論文1篇。