淺談風(fēng)機(jī)振動(dòng)儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

潘程蘭(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

淺談風(fēng)機(jī)振動(dòng)儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

潘程蘭
(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

風(fēng)機(jī)上的軸系儀表數(shù)量少且種類單一，通常僅設(shè)置振動(dòng)檢測(cè)點(diǎn)，其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置值得探討。以CFB鍋爐三大風(fēng)機(jī)為例，簡(jiǎn)述三大風(fēng)機(jī)的重要作用及風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置；結(jié)合工程設(shè)計(jì)及現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐，詳細(xì)地介紹CFB爐三大風(fēng)機(jī)振動(dòng)儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置，提出了兩種方案及幾點(diǎn)建議。

風(fēng)機(jī)振動(dòng)儀表 監(jiān)測(cè)系統(tǒng) 風(fēng)機(jī)

為了保證泵、風(fēng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)設(shè)備的安全運(yùn)行，工廠對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備的監(jiān)控越來(lái)越重視，軸系儀表及其系統(tǒng)也得到了普遍的應(yīng)用。軸系儀表因測(cè)量原理及系統(tǒng)組成不同于常規(guī)儀表，在工程項(xiàng)目設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往需單獨(dú)考慮。同時(shí)，隨著工廠集成化和智能化要求的提高，機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)MMS(Machine Monitoring System)也得到了一定程度的應(yīng)用。

由于旋轉(zhuǎn)設(shè)備的監(jiān)控復(fù)雜程度、重要性等因素，不同的旋轉(zhuǎn)設(shè)備應(yīng)采取不同的系統(tǒng)配置方式。對(duì)于大型復(fù)雜的旋轉(zhuǎn)設(shè)備，成熟的框架模塊結(jié)構(gòu)已被各方接受，本文主要介紹風(fēng)機(jī)及其振動(dòng)儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。

1 CFB三大風(fēng)機(jī)及振動(dòng)測(cè)點(diǎn)簡(jiǎn)介

通常，循環(huán)流化床CFB(Circulating Fluidized Bed)鍋爐主要配置3臺(tái)風(fēng)機(jī)： 一次風(fēng)機(jī)、二次風(fēng)機(jī)和引風(fēng)機(jī)。CFB爐的一次風(fēng)由一次風(fēng)機(jī)供給，主要用于流化爐內(nèi)物料，同時(shí)提供爐膛下部密相區(qū)燃料燃燒所需要的O2。CFB爐的二次風(fēng)由二次風(fēng)機(jī)供給，除了補(bǔ)充爐內(nèi)燃料燃燒所需要的O2并加強(qiáng)物料的混合均勻外，還能適當(dāng)調(diào)整爐內(nèi)溫度場(chǎng)的分布，起到防止局部煙氣溫度過(guò)高、降低NOX排放量的作用。一次風(fēng)機(jī)和二次風(fēng)機(jī)為CFB爐提供流化風(fēng)、燃燒用風(fēng)及火上風(fēng)。引風(fēng)機(jī)的作用是將燃燒產(chǎn)生的煙氣從爐膛中抽出，并經(jīng)煙囪排入大氣。CFB爐的燃燒要求以上各風(fēng)機(jī)的風(fēng)量隨需要及時(shí)調(diào)整，以保證配風(fēng)比合適，維持爐膛內(nèi)穩(wěn)定，保證鍋爐正常高效燃燒，并保證鍋爐供汽。所以，風(fēng)機(jī)的安全運(yùn)行對(duì)CFB爐的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。

旋轉(zhuǎn)設(shè)備的所有故障中，振動(dòng)故障出現(xiàn)的頻率最高，由于振動(dòng)信號(hào)易獲得，在不影響機(jī)組運(yùn)行的情況下易于實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)。通常在三大風(fēng)機(jī)的每個(gè)軸承上設(shè)置2支互成90°的振動(dòng)傳感器，多數(shù)選用磁電速度式或壓電速度式傳感器。而且風(fēng)機(jī)軸承振動(dòng)都設(shè)報(bào)警值和聯(lián)鎖值，超過(guò)聯(lián)鎖值，要求控制系統(tǒng)立即停機(jī)。

2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案介紹

風(fēng)機(jī)上的軸系儀表數(shù)量少且種類單一，有的采用振動(dòng)變送器，將振動(dòng)傳感器的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)化為4～20 mA信號(hào)，雖能滿足DCS監(jiān)測(cè)的需要，但無(wú)法提供保護(hù)接點(diǎn)輸出。某些國(guó)外廠家的振動(dòng)變送器還可提供動(dòng)態(tài)信號(hào)，但緩沖輸出僅供現(xiàn)場(chǎng)診斷，無(wú)法為MMS提供實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)信息，因而無(wú)法滿足工廠集成化和智能化的管理需求。有些風(fēng)機(jī)軸系儀表采用Bently Nevada振動(dòng)傳感器，并配置Nevada 3500系統(tǒng)，無(wú)論是從系統(tǒng)兼容性還是先進(jìn)性方面，均具有很大的優(yōu)勢(shì)。但是，考慮到項(xiàng)目投資，需要采用高成本的配置，業(yè)主通常難以接受。

筆者以實(shí)際工程項(xiàng)目為例，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)的角度介紹兩種不同的配置方案，供大家參考。

2.1采用監(jiān)視器的方案

以某大型煉化一體化項(xiàng)目配套熱電工程為例。該項(xiàng)目某臺(tái)CFB爐設(shè)置了1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)和1臺(tái)引風(fēng)機(jī)，均采用離心式風(fēng)機(jī)。每臺(tái)風(fēng)機(jī)就地設(shè)置了4支Bently Nevada振動(dòng)傳感器。過(guò)程控制要求： 風(fēng)機(jī)振動(dòng)的連續(xù)信號(hào)和報(bào)警聯(lián)鎖信號(hào)在DCS內(nèi)監(jiān)控；該項(xiàng)目暫時(shí)不設(shè)置MMS，但要求預(yù)留MMS的接口，且每臺(tái)風(fēng)機(jī)配置1臺(tái)Bently Nevada監(jiān)測(cè)器。

3臺(tái)風(fēng)機(jī)振動(dòng)傳感器和監(jiān)視器的配置一樣，現(xiàn)以一次風(fēng)機(jī)為例，其振動(dòng)測(cè)點(diǎn)及配置見(jiàn)表1所列。

表1 一次風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)及配置 mm/s

Bently Nevada監(jiān)測(cè)器[1]支持4通道振動(dòng)輸入，4個(gè)4～20 mA信號(hào)，6個(gè)開關(guān)量信號(hào)，滿足了DCS對(duì)風(fēng)機(jī)連續(xù)監(jiān)測(cè)和聯(lián)鎖保護(hù)的需要；支持4通道溫度輸入，適用于小機(jī)組的監(jiān)測(cè)和保護(hù)；相對(duì)于框架模塊化系統(tǒng)，成本較低；支持緩沖輸出和Modbus通信，實(shí)現(xiàn)了預(yù)留與狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的接口；外形靈巧，整裝式獨(dú)立安裝，可通過(guò)導(dǎo)軌支架或安裝板安裝；外配就地保護(hù)箱，可直接將監(jiān)測(cè)器安裝在風(fēng)機(jī)附近，監(jiān)測(cè)器的就地顯示裝置為可選項(xiàng)。

2.2采用監(jiān)視系統(tǒng)的方案

以某大型煉化項(xiàng)目動(dòng)力中心為例。每臺(tái)CFB爐配置1臺(tái)一次風(fēng)機(jī)、1臺(tái)二次風(fēng)機(jī)、1臺(tái)引風(fēng)機(jī)，均采用離心式風(fēng)機(jī)，一次風(fēng)機(jī)采用直接起動(dòng)方式，二次風(fēng)機(jī)及引風(fēng)機(jī)采用液力偶合器。每臺(tái)風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)的設(shè)置，見(jiàn)表2所列。振動(dòng)傳感器為Bently Nevada產(chǎn)品，振動(dòng)測(cè)點(diǎn)均設(shè)高報(bào)警值A(chǔ)H≥6.3 mm/s。

該項(xiàng)目風(fēng)機(jī)振動(dòng)的連續(xù)信號(hào)和報(bào)警信號(hào)要求在DCS內(nèi)監(jiān)控；暫時(shí)不設(shè)置MMS，需預(yù)留與MMS的接口。同時(shí)，業(yè)主要求采用模塊化的系統(tǒng)?？紤]到三大風(fēng)機(jī)的重要程度、項(xiàng)目投資及使用經(jīng)驗(yàn)，最后確定采用派利斯公司PT2060監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

表2 風(fēng)機(jī)振動(dòng)測(cè)點(diǎn)及監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件配置

PT2060監(jiān)測(cè)系統(tǒng)[2]采用框架模塊化結(jié)構(gòu)，具有4～20 mA信號(hào)和傳感器緩沖信號(hào)輸出，并具有Modbus通信功能。與采用監(jiān)視器的方案比較，雖然采用監(jiān)視系統(tǒng)的方案投資費(fèi)用增加了，但該系統(tǒng)有良好的擴(kuò)展能力和兼容性以及更強(qiáng)大的功能。對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)軸系儀表測(cè)點(diǎn)較多時(shí)，可以考慮該方案。

2.3幾點(diǎn)思考和建議

上述兩種監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，重點(diǎn)是DCS對(duì)旋轉(zhuǎn)設(shè)備參數(shù)的在線檢測(cè)和保護(hù)信號(hào)的報(bào)警聯(lián)鎖，同時(shí)為MMS預(yù)留接口，為機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供數(shù)據(jù)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是永久性安裝的系統(tǒng)，用于機(jī)器振動(dòng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)。在方案選擇時(shí)，有幾點(diǎn)建議供參考：

1) 項(xiàng)目前期應(yīng)根據(jù)項(xiàng)目要求和特點(diǎn)，統(tǒng)籌考慮，遲早確定各類旋轉(zhuǎn)設(shè)備軸系儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的配置方案。

2) 采用監(jiān)視器的方案中監(jiān)測(cè)器可接入的信號(hào)類型和數(shù)量較少，因而在確定方案前要對(duì)風(fēng)機(jī)上振動(dòng)傳感器的數(shù)量和類型有清晰的認(rèn)識(shí)。

3) 在選擇采用監(jiān)視系統(tǒng)的方案時(shí)，首先應(yīng)注意監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與振動(dòng)傳感器的兼容性，其次應(yīng)盡早收集現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)傳感器的詳細(xì)資料；另外配置框架模塊化結(jié)構(gòu)的監(jiān)視系統(tǒng)，通常會(huì)把框架放置在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜室內(nèi)，應(yīng)注意振動(dòng)傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)之間連接電纜的長(zhǎng)度。

3 結(jié)束語(yǔ)

風(fēng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)因受各種因素的影響和條件限制，系統(tǒng)組成各不相同。在實(shí)現(xiàn)項(xiàng)目功能性的前提下，合理地配置系統(tǒng)，既要避免過(guò)高配置，同時(shí)也要避免系統(tǒng)升級(jí)過(guò)程中不必要的改造。

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稿件收到日期：2013-05-27，修改稿收到日期2013-06-04。

潘程蘭(1981—)，女，2003年畢業(yè)于中國(guó)石油大學(xué)(華東)自動(dòng)化專業(yè)，獲工學(xué)學(xué)士，現(xiàn)就職于中石化寧波工程有限公司，從事石油化工自控設(shè)計(jì)工作。

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