延遲焦化裝置高壓水泵機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用及改進

摘 要：Bently Nevada公司的BN3500系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于石化企業(yè)大型轉(zhuǎn)動設(shè)備的機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，主要由電渦流傳感器系統(tǒng)和室內(nèi)框架系統(tǒng)兩部分組成，監(jiān)測機組的振動、位移、鍵相位等參數(shù)，通過對振動位移報警聯(lián)鎖信號進行組態(tài)，向PLC系統(tǒng)輸出報警聯(lián)鎖信號，為機組運行提供保護，為機組的故障診斷提供必要的信息。

關(guān)鍵詞：機組狀態(tài)監(jiān)測；電渦流傳感器；BN3500框架系統(tǒng)；

中圖分類號：TE96 文章編號：1674-3520（2014）-09-00-01

一、引言

錦西石化延遲焦化裝置水力除焦系統(tǒng)配備一套高壓水泵。機組程控系統(tǒng)由襄陽航生集成，采用西門子S7300控制系統(tǒng)。機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用BENTLY NEVADA公司的BENTLY3500系統(tǒng)，該系統(tǒng)為機械保護應(yīng)用提供連續(xù)的在線監(jiān)測功能。是基于框架的系統(tǒng)中功能最強、最靈活的系統(tǒng)。

該套狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)由兩部分組成：由傳感器、延伸電纜和前置器組成的現(xiàn)場信號檢測部分；由3500框架系統(tǒng)，包含電源模塊、監(jiān)測模塊、繼電器模塊等組成的信號變送、監(jiān)測、處理及輸出部分。

二、電渦流傳感器系統(tǒng)

電渦流傳感器系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)電磁場理論，前置器中高頻振蕩電流通過延伸電纜流入探頭線圈，在探頭頭部的線圈中產(chǎn)生交變的磁場，當有被測金屬體靠近磁場，則在此金屬表面產(chǎn)生感應(yīng)電流，即電渦流。此電渦流場也產(chǎn)生一個方向與探頭頭部線圈方向相反的交變磁場，使頭部線圈高頻電流的幅度和相位得到改變（線圈的有效阻抗），這一變化與金屬體磁導(dǎo)率、電導(dǎo)率、線圈的幾何形狀、幾何尺寸、電流頻率以及頭部線圈到金屬導(dǎo)體表面的距離等參數(shù)有關(guān)。通常假定金屬導(dǎo)體材質(zhì)均勻且性能是線性和各項同性，則線圈和金屬導(dǎo)體系統(tǒng)的物理性質(zhì)可由上述參數(shù)來描述。則線圈特征阻抗可用上述變量的函數(shù)表示?？刂破渌麉?shù)不變，使線圈特征阻抗成為距離的單值函數(shù)，取函數(shù)曲線中的線性部分作為測量范圍使用。將距離的變化轉(zhuǎn)化成電壓的變化（圖1為3300xl8mm探頭靈敏度曲線）。

三、3500框架系統(tǒng)

室內(nèi)3500系統(tǒng)的主要由3500/15電源模塊、3500/20框架接口模塊、3500/42M振動監(jiān)測模塊、3500/32繼電器模塊等組成。

3500/15為半高模塊，冗余配置，一主一備，可在線插拔，須安裝在框架左側(cè)的專用插槽內(nèi)，輸入電壓為24VDC。3500/20是與3500系統(tǒng)的主要接口，它支持用于框架組態(tài)和機械數(shù)據(jù)檢索的本特利內(nèi)華達專有協(xié)議，須安裝在1號插槽內(nèi)，在線插拔不影響系統(tǒng)正常運行。3500/42M是一個四通道監(jiān)測器，接受來自電渦流探頭的輸入，對信號進行調(diào)理，提供各種振動與位置測量值，并將調(diào)理后的信號與用戶編程設(shè)置的報警進行比較。3500/32提供4通道繼電器輸出，每路繼電器輸出都可用“與”和“或”表決編程；每路繼電器通道的報警驅(qū)動邏輯可采用來自框架內(nèi)任意監(jiān)測器通道的報警輸入（警告和危險）。

四、應(yīng)用實現(xiàn)

軸位移測量，通過直接測量傳感器系統(tǒng)前置器輸出的電壓值，反映機組轉(zhuǎn)子相對于推力軸承軸向位置的變化，監(jiān)測推力環(huán)的磨損。2支軸向位移探頭通過螺紋安裝在機組非聯(lián)軸端機殼上，軸向安裝。安裝時，高壓水泵轉(zhuǎn)子靠近軸承主推力面?zhèn)?，調(diào)整探頭位置至前置器輸出電壓-10VDC。在3500/42M卡組態(tài)中，將探頭零點設(shè)置為-10VDC，量程范圍設(shè)置為-30mil～30mil，位移方向設(shè)置為遠離為正。徑向振動測量，通過采樣固定周期的傳感器系統(tǒng)前置器輸出的電壓值，利用采樣信號繪制振動幅值變化曲線及BENTLY的自相關(guān)算法，計算出振動幅值，反映機組軸沿垂直于軸中心線方向的動態(tài)運動。2組4支徑向振動探頭通過螺紋分別安裝在水泵聯(lián)軸端和非聯(lián)軸端機殼上，徑向安裝。安裝時，調(diào)整探頭位置至前置器輸出電壓為-9VDC（-8VDC～-11VDC即可）。在3500/42M卡組態(tài)中，量程范圍設(shè)置為0mil～10mil，傳感器角度定向時位于軸上方探頭為0°，位于軸側(cè)面探頭為90°左。在設(shè)定值頁面中，分別對位移及振動的報警和停機值進行設(shè)定。在3500/32繼電器模塊中，按照插槽和通道號，將一對報警信號利用and表決，驅(qū)動繼電器作為報警二取一信號的輸出，將一對停機信號利用or表決，驅(qū)動繼電器作為停機信號的輸出。Bently3500系統(tǒng)和控制系統(tǒng)之間采用硬接線形式，振動、位移的模擬量顯示通過3500/42卡后的端子將無源4-20mA信號輸出到PLC系統(tǒng)的AI卡，在程控系統(tǒng)上位機中顯示，在3500/32卡中表決處理的振動位移的報警聯(lián)鎖信號，通過其端子將干觸點信號輸出到PLC系統(tǒng)DI卡，參與高壓水泵機組停機聯(lián)鎖。

五、系統(tǒng)應(yīng)用改進

跳閘倍增遠程控制。在高壓水泵機組開車過程中，機組將通過共振轉(zhuǎn)速區(qū)和其他的瞬態(tài)振動區(qū)等正常的高振動轉(zhuǎn)速區(qū)，而機組振動的報警值及聯(lián)鎖值的設(shè)定是按照正常運行狀態(tài)考慮的，因此常會出現(xiàn)在機組啟動過程中由于振動高（處在高振動區(qū)，但屬正常狀態(tài)）觸發(fā)聯(lián)鎖停車的情況，造成不必要的停車。為解決上述問題，可以利用3500系統(tǒng)中的跳閘倍增功能。跳閘倍增是臨時性的增大報警和聯(lián)鎖的設(shè)定值，保證在高振動轉(zhuǎn)速區(qū)時不會引發(fā)監(jiān)測器報警聯(lián)鎖。通過在3500/42卡中TM一項設(shè)置適當?shù)腡M值，同時將3500/20卡的TM和COM端連接到PLC的DO卡，在程控系統(tǒng)上位機組態(tài)中新增一開關(guān)，設(shè)置班長權(quán)限，在開車時將開關(guān)撥至導(dǎo)通狀態(tài)，打開跳閘倍增，即可保證啟動時不會引發(fā)監(jiān)測器報警聯(lián)鎖，待機組開機運行正常再關(guān)閉倍增。

六、結(jié)束語

機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)對大型轉(zhuǎn)動設(shè)備的運行維護及故障診斷有著重要意義，本文通過從傳感器系統(tǒng)安裝到框架系統(tǒng)組態(tài)進行介紹，使讀者了解了BN3500系統(tǒng)在焦化高壓水泵機的應(yīng)用情況，同時提出了對于系統(tǒng)的一些改進方案。