無線HART技術(shù)用于設(shè)備運營管理

艾默生過程管理

無線HART技術(shù)用于設(shè)備運營管理

艾默生過程管理

文中介紹了應(yīng)用智能無線HART技術(shù)監(jiān)測重要設(shè)備性能參數(shù)，提高工廠設(shè)備運營管理重要性。

截止到目前，在運行多年的工廠中，其儀表是按照能夠完成最基本的過程控制數(shù)量來配置的。如果要提高過程設(shè)備的利用率、提升能源效率、減少維護成本、減輕安全和環(huán)境事故發(fā)生則需要增加額外的測量儀表。

無線儀表的安裝和使用的便捷性，為舊工廠改造，實現(xiàn)現(xiàn)代化工廠，提供了很好的解決方案。

在工廠中，昂貴的壓縮機、大型機泵等關(guān)鍵資產(chǎn)已經(jīng)配備保護監(jiān)控系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的機械保護和設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)成本較高，其他設(shè)備應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)的可能性明顯降低。大多數(shù)沒有在線監(jiān)控的設(shè)備對于生產(chǎn)運行依然是重要設(shè)備，這些重要設(shè)備通常采用手動點檢方式完成監(jiān)控。最初設(shè)計時，此類設(shè)備通常有備用設(shè)備，但隨著項目的改造和擴張，很多工廠將備用設(shè)備也投入到生產(chǎn)運行中，備用設(shè)備的意義也就不存在。

每月人工巡檢收集的數(shù)據(jù)的頻率不足以捕捉到設(shè)備問題的信息，工況的變化經(jīng)常造成設(shè)備故障。意外的設(shè)備故障將導致生產(chǎn)停工并帶來安全隱患，帶有故障隱患的設(shè)備連續(xù)運行時，最終可能導致對設(shè)備更大的損壞。

對設(shè)備監(jiān)控需要增加額外的測量儀表，由于前期工廠設(shè)計很少包含這些測點，如使用傳統(tǒng)有線方法，增加測點就需要鋪設(shè)電纜、增加槽板和重新分配分線盒。WirelessHart無線儀表大大降低了增加測量儀表的風險和投資成本，其無線多路徑、網(wǎng)狀拓撲結(jié)構(gòu)等特點，省卻了所有需要增加的電纜。

換熱器監(jiān)測

在煉油廠，工藝操作的主要挑戰(zhàn)來自原油預(yù)熱換熱器單元，原油瀝青質(zhì)沉淀或脫鹽設(shè)備性能差使其結(jié)垢，從而降低了換熱器的管程和殼程的換熱效率。當換熱器結(jié)垢時，其下游火焰加熱器必然增加熱量需求，從而增加燃料成本。在換熱器達到它的最大容量時，必須降低換熱能力以滿足過程溫度的需求，這就降低了能源利用率。

頻繁清潔換熱器顯然是不現(xiàn)實的，因為停車才可以進行清潔操作。如果換熱器結(jié)垢嚴重，必須將其吊離廠區(qū)外進行清潔。因此，對換熱器清潔時間進行優(yōu)化操作是必須考慮的因素。

在現(xiàn)今的工廠中，操作人員一般不清楚每個換熱器的結(jié)垢率。利用手工測量熱流體的參數(shù)非常困難，并且對大量的換熱器測量也需要耗用時間，這就造成了操作人員不能確認結(jié)垢的累積程度，缺少信息而不能做出相應(yīng)的決策和計劃，即在增加清潔換熱器成本還是增加額外的燃料成本的決策上無法定奪。

接下來的問題是，當被加熱的流體離開結(jié)垢換熱器流動到下一個換熱器時，其溫度高于換熱器設(shè)計值。這有可能造成對換熱器的損害。當換熱器嚴重結(jié)垢時，其堵塞會引起管線內(nèi)流體不能正常流動。

維修人員如果需要了解換熱器性能數(shù)據(jù)，則應(yīng)每日及時收集分析結(jié)垢數(shù)據(jù)并制定維修計劃。唯一可行的方法是自動監(jiān)控每個換熱器的結(jié)垢率，利用新的監(jiān)測方案，即無線單點或多點溫度變送器，監(jiān)測每個換熱器的冷熱流體出口和入口的溫度。

現(xiàn)場監(jiān)測的數(shù)據(jù)通過智能無線網(wǎng)關(guān)，集成到資產(chǎn)監(jiān)控軟件和工廠信息數(shù)據(jù)庫，和流量數(shù)據(jù)一起計算冷熱端熱負荷、平均熱負荷、熱負荷偏差，以得到換熱系數(shù)，矯正的換熱系數(shù)和結(jié)垢系數(shù)等，應(yīng)用軟件歷史趨勢功能，得到全部換熱器的結(jié)垢系數(shù)的變化趨勢。

進一步分析這些測量數(shù)據(jù)，也可以為操作員提供換熱器需要清洗的提示和維護計劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便在需額外增加燃料費用和清潔成本之間做出維護計劃選擇。

當換熱器溫度接近其設(shè)計限制時，將產(chǎn)生溫度高報警，同時根據(jù)冷熱端壓力下降數(shù)據(jù)也可以早期發(fā)現(xiàn)換熱器堵塞問題。因此，采用無線監(jiān)測方案可以實現(xiàn)對換熱器管理，減少能量損失，防止產(chǎn)量下降，優(yōu)化換熱器清洗的維護周期，避免不必要的化學品清潔和維護成本。此外，可以避免和預(yù)防過熱損壞及嚴重堵塞熱交換器的情況出現(xiàn)，消除換熱器脫焦的成本。

機泵健康狀態(tài)監(jiān)測

一個工廠可能有一百臺以上的機泵設(shè)備，許多因素可能影響到泵的正常運行。有時，一臺泵的故障可能導致一個裝置或整個工廠停工。

泵入口過濾器堵塞造成入口壓力下降，吸入壓力下降可能引起氣穴。氣穴的產(chǎn)生也可能由于出口限流閥流量造成出口壓力上升。這將導致整個葉輪內(nèi)部循環(huán)流體變熱并蒸發(fā)，最終引起氣穴。有時，操作員可能無意中設(shè)置了低流量定值也會導致氣穴。

氣穴將引起葉輪損傷進而造成轉(zhuǎn)子不平衡和振動。振動也將引起其它問題。比如振動可能引起機泵軸的不對中、軸承磨損、潤滑不足、損壞或安裝螺栓松動等。當振動引起軸承過度磨損時，最終導致泵損毀，隨之帶來的是維修時間長、修理費昂貴，裝置停工。振動也會增加泵的密封壓力，引起密封故障和泄漏。而密封泄漏可能導致生產(chǎn)中斷、排放、清理故障，甚至發(fā)生火災(zāi)。

潤滑不良可能導致軸溫過高最終停機。同樣，轉(zhuǎn)子抱死、過載、環(huán)境溫度過高、電壓不平衡、高/低電壓和通風阻塞等現(xiàn)象，都會導致電動機繞組溫度過高，以致永久損傷繞組，縮短壽命，最后可能帶來絕緣擊穿和電機故障。對少數(shù)關(guān)鍵的泵，現(xiàn)場通常采用手動振動測試儀定時監(jiān)測。然而，定期手動檢查獲取的數(shù)據(jù)頻次太低，無法捕獲即將發(fā)生的泵的故障信息。如果泵是間歇運行的，那么操作員在巡檢周期內(nèi)可能無法得到運行數(shù)據(jù)。

唯一可行的方法是自動監(jiān)測泵和電機的運行狀態(tài)，這種新的解決方案可以自動采集大量機泵設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)：

· 一臺無線振動變送器可以帶有2個傳感器，采用PeakVue值（峰值加速度）監(jiān)測振動時可以監(jiān)測到大部分的異常情況。注意，如果是采用振動總量數(shù)據(jù)監(jiān)測，那么發(fā)現(xiàn)問題就太晚了。

· 一臺無線差壓變送器監(jiān)測過濾器差壓。

· 對密封壓力，無線壓力變送器測量密封液壓力以確定壓力不足。對于不耐壓密封，它通過檢測密封液壓力的升高，來判斷內(nèi)側(cè)密封泄漏造成過程流體進入到輔助密封沖洗水罐中。

· 2臺液位無線開關(guān)變送器，高液位開關(guān)通過監(jiān)測密封液高液位判斷內(nèi)密封泄露，低液位開關(guān)通過監(jiān)測密封液低液位判斷內(nèi)密封泄露。

· 烴檢測傳感器放置在機油盒底部或泵周圍，離散輸入無線變送器檢測油氣泄漏。

· 4臺無線溫度變送器監(jiān)測軸承和電機繞組的溫度。

并不是所有的泵都需要這些監(jiān)視點。機泵的健康狀態(tài)監(jiān)測方案可以根據(jù)每個工廠情況定制。來自重要泵設(shè)備的全部測量數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)關(guān)送至軟件獲得數(shù)據(jù)趨勢，通過軟件進一步分析，為操作員提供決策所需的分析數(shù)據(jù)依據(jù)。

因此，無線機泵健康監(jiān)測解決方案可以早期監(jiān)測過濾器堵塞情況，在氣穴發(fā)生前發(fā)現(xiàn)問題。注意，報警信息必須顯示給操作員，而不僅是維修人員。密封泄漏在過程或沖洗液中可以早期監(jiān)測。碳氫化合物的監(jiān)測可以監(jiān)測泄露，電機繞組過熱可以監(jiān)測線圈的損壞，而軸承溫度升高則可以作為軸承損壞的判斷依據(jù)。

疏水閥監(jiān)測

疏水閥的使用壽命通常在4年，例行年檢中，會有25%的疏水閥出現(xiàn)故障，需要更換或者修理（數(shù)據(jù)來自AIChE，美國化學工程研究，02，2011）。但是在一個工廠中，可能有上千臺尺寸和蒸汽壓力不同的疏水閥，由于疏水閥的故障每年會給工廠帶來上百萬美元的損失。

隨著時間的推移，疏水閥也會被腐蝕，導致疏水閥故障——“泄漏”，這將導致管道中蒸汽流過疏水閥成為凝結(jié)水進入回收管線，造成能源浪費，增加能源成本，對高壓蒸汽的損失尤為明顯。同時，冷凝水可能阻塞排水到回流的管線，使得疏水閥“凍”，造成疏水閥碎裂，如果這種冷凝發(fā)生在渦輪電機、熱交換器等設(shè)備處，盤管過熱將導致渦輪機損壞或降低換熱器效率。

現(xiàn)在可以通過無線技術(shù)產(chǎn)品，例如無線708聲波變送器和1420無線網(wǎng)關(guān)等可以實現(xiàn)全天候24小時的疏水閥狀態(tài)監(jiān)測。無線聲波變送器可以實時監(jiān)測所有關(guān)鍵疏水閥，網(wǎng)關(guān)可以將疏水閥的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到上位機。SteamLogic軟件是708變送器的自帶監(jiān)測軟件，可以顯示設(shè)備堵塞、泄漏、正常工作三種狀態(tài)以及詳細信息，從而實現(xiàn)對疏水閥的實時監(jiān)測，提高設(shè)備正常運行時間、延長疏水閥使用壽命、節(jié)約能源費用并降低維護成本。