無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在循環(huán)水泵上的應(yīng)用

李虹宇，畢天寶，高 健

（1.吉化集團(tuán)吉林市錦江油化廠，吉林吉林 132022；2.北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司，北京 100095）

0 引言

吉化北方公司錦江油化廠30萬(wàn)t/a輕汽油醚化裝置在全套化工生產(chǎn)裝置中占據(jù)重要地位，特為包括輕汽油進(jìn)料高速泵、導(dǎo)熱油泵、循環(huán)水泵及鼓風(fēng)機(jī)等多套重要設(shè)備機(jī)組加裝無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，機(jī)組及部件性能直接影響醚化裝置的正常運(yùn)行，對(duì)裝置的安全長(zhǎng)期平穩(wěn)運(yùn)行至關(guān)重要。

近年來(lái)，無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，在工業(yè)中的應(yīng)用日漸成熟，特別是在流程化企業(yè)改造項(xiàng)目中，由于采用無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸方式，省去了線纜鋪設(shè)、接線、走橋架等施工部署工作，大大降低了應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的門檻。無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)通過簡(jiǎn)便、可靠的工業(yè)級(jí)無(wú)線通信技術(shù)，提供有效的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)，特別是循環(huán)水泵機(jī)組軸承故障的提前成功預(yù)判，為醚化裝置各機(jī)組安全、長(zhǎng)周期、高效運(yùn)行提供有力保障。

1 無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)大量微型傳感器節(jié)點(diǎn)組成，通過無(wú)線通信方式形成一個(gè)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對(duì)象的信息，并發(fā)送給觀察者或監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)一步處理、應(yīng)用。

在流程企業(yè)工業(yè)應(yīng)用中，目前主要用到基于IEEE802.11協(xié)議的WIFI無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和基于IEEE802.15.4協(xié)議的工業(yè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，由于WIFI網(wǎng)絡(luò)的高耗電量，雖然具有傳輸速率高的特點(diǎn)，但是不能滿足企業(yè)對(duì)電池使用壽命的要求，增加了企業(yè)的后期維護(hù)成本，而基于IEEE802.15.4協(xié)議的無(wú)線技術(shù)具有低功耗、低成本、低速率的短程無(wú)線通信技術(shù)的特點(diǎn)，其中應(yīng)用較廣的是ZigBee技術(shù)，但該技術(shù)受無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)冗余能力限制，以及在工業(yè)環(huán)境中泵群監(jiān)測(cè)中電池的使用壽命的影響，Zig-Bee技術(shù)的推廣受到了制約。此次在醚化裝置中采用最新技術(shù)的Smart Mesh IP協(xié)議，該協(xié)議基于 6LoWPAN和 IEEE 802.15.4e標(biāo)準(zhǔn)，是無(wú)線網(wǎng)格型多跳的自我管理式的低功率互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）網(wǎng)絡(luò)，具有網(wǎng)絡(luò)安裝容易、網(wǎng)絡(luò)兼容性高、系統(tǒng)維護(hù)成本低、網(wǎng)絡(luò)冗余度高、單元電池供電使用壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)。

2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

（1）頻譜分析法。離心泵的每個(gè)零部件在不同的工況下，會(huì)反映出特有的特征頻率。頻譜分析根據(jù)特征頻率將離心泵的特征頻率加以區(qū)分，定位出發(fā)生故障的部位并加以分析診斷。

（2）時(shí)域分析法。時(shí)域分析通常包括波形分析、軸心軌跡分析和軸心位置分析等方法。時(shí)域分析法通過時(shí)域的參數(shù)指標(biāo)，如均值、方差、偏斜度、分布密度、峰值、峭度、波形指標(biāo)、裕度指標(biāo)、脈沖指標(biāo)等，對(duì)離心泵機(jī)組進(jìn)行總體振級(jí)大小的定量分析，時(shí)域分析是一種最基本的分析方法，主要用于對(duì)故障的初步判定，這種方法簡(jiǎn)便，直觀，便于理解。

（3）包絡(luò)解調(diào)分析法。離心泵發(fā)生故障時(shí)會(huì)產(chǎn)生周期性的沖擊振動(dòng)，振動(dòng)的時(shí)間取決于沖擊力、質(zhì)量、物理的減振特性和其他參數(shù)。因?yàn)闆_擊力使泵軸承結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共鳴，會(huì)產(chǎn)生與軸承共振頻率有關(guān)的正弦波。包絡(luò)解調(diào)分析法可有效識(shí)別某些沖擊振動(dòng)，定位出沖擊振動(dòng)的振源。包絡(luò)解調(diào)法對(duì)離心泵軸承早期的診斷尤為有效。

3 無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)組成

吉化北方公司錦江油化廠所轄醚化裝置機(jī)泵的日常設(shè)備維護(hù)，主要是巡檢人員利用紅外測(cè)溫儀對(duì)機(jī)泵進(jìn)行溫度采集，定期巡檢間隔2 h，隨著車間精細(xì)化管理理念不斷提升，傳統(tǒng)的設(shè)備維護(hù)方法無(wú)法完全的滿足企業(yè)的要求。無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用，為企業(yè)提供了有力的技術(shù)支持，提高了機(jī)組的預(yù)防性維修水平。

無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)硬件包括無(wú)線智能傳感器、無(wú)線智能網(wǎng)關(guān)及無(wú)線中繼器，軟件及前段應(yīng)用包括CMS網(wǎng)絡(luò)配置管理軟件、機(jī)器健康云平臺(tái)及手機(jī)APP。主要采集每臺(tái)機(jī)泵的電機(jī)及泵軸承箱殼體的振動(dòng)速度有效值、加速度包絡(luò)幅值、溫度值以及自身的電池電壓值。根據(jù)企業(yè)要求和機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際環(huán)境進(jìn)行部署。無(wú)線智能傳感器的安裝主要以膠粘底座的方式以及強(qiáng)力磁座吸附的方式固定，無(wú)線智能網(wǎng)關(guān)利用定制抱卡固定在裝置的管廊平臺(tái)上，利用自帶防爆軟管將傳輸信號(hào)用網(wǎng)線連接至信號(hào)線槽內(nèi)，鋪設(shè)接入綜合樓辦公室內(nèi)的無(wú)線網(wǎng)關(guān)并連接至內(nèi)網(wǎng)。

系統(tǒng)部署完成后，通過采集的振動(dòng)加速度包絡(luò)頻譜判斷循環(huán)水泵的潤(rùn)滑情況及軸承運(yùn)行狀況。循環(huán)水泵承擔(dān)著全廠循環(huán)水冷卻任務(wù)，一旦停機(jī)不僅會(huì)造成循環(huán)水系統(tǒng)停運(yùn)，而且會(huì)影響到全廠裝置的安全、連續(xù)生產(chǎn)。該機(jī)組由電機(jī)直聯(lián)驅(qū)動(dòng)的單級(jí)強(qiáng)自吸泵，開2備1，循環(huán)水泵參數(shù)：型號(hào)400SSK1600/75-500，電機(jī)功率500 kW，電機(jī)轉(zhuǎn)速1485 r/min，軸承型號(hào)NU226+6226 NU222。

3.2 應(yīng)用實(shí)例

（1）循環(huán)水泵電機(jī)潤(rùn)滑不良故障。如圖1所示，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端包絡(luò)幅值稍高，包絡(luò)幅值呈明顯上傳趨勢(shì)，頻譜中以地平噪聲為主，無(wú)異常頻率，經(jīng)補(bǔ)充潤(rùn)滑脂后包絡(luò)幅值下降明顯，及時(shí)排除潤(rùn)滑不良，保證了機(jī)組連續(xù)平穩(wěn)運(yùn)行。

（2）循環(huán)水泵電機(jī)軸承松動(dòng)故障。如圖2所示，機(jī)組定期切換運(yùn)行時(shí)，電機(jī)端及泵端與之前相比較均有不同程度的速度幅值升高。電機(jī)兩端圖譜中均以轉(zhuǎn)頻及其倍頻為主，電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端包絡(luò)圖譜中，仍以轉(zhuǎn)頻及其倍頻為主，且存在軸承外圈故障頻率，補(bǔ)充潤(rùn)滑脂后幅值沒有明顯趨勢(shì)變化，說(shuō)明軸承存在松動(dòng)的情況，電機(jī)驅(qū)動(dòng)端包絡(luò)圖譜中也存在明顯的轉(zhuǎn)頻及其倍頻，說(shuō)明軸承松動(dòng)情況較為明顯。

該自無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)運(yùn)行后的第三份報(bào)告已有相關(guān)提示。電機(jī)在拆修過程中，確認(rèn)存在軸承內(nèi)圈松動(dòng)跑套、軸徑存在明顯劃痕等情況，如圖3所示。經(jīng)修復(fù)軸徑、更換軸承等工作之后開機(jī)運(yùn)行，機(jī)組恢復(fù)正常。

圖1 循環(huán)水泵P4413電機(jī)驅(qū)動(dòng)端水平包絡(luò)峰值趨勢(shì)圖

圖2 循環(huán)水泵P4411電機(jī)驅(qū)動(dòng)端速度、加速度包絡(luò)頻譜圖

圖3 循環(huán)水泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸徑劃痕

4 結(jié)語(yǔ)

在吉化北方公司錦江油化廠11臺(tái)重要機(jī)泵上簡(jiǎn)便、安全、快速部署的無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，使重要機(jī)泵的振動(dòng)、溫度數(shù)據(jù)能夠可視化、可追溯，客觀、完整的保存了歷史數(shù)據(jù)，尤其是能采集全面完整的振動(dòng)數(shù)據(jù)波形，通過定期運(yùn)行報(bào)告對(duì)機(jī)泵狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和預(yù)判，豐富了車間重要機(jī)泵的監(jiān)測(cè)手段的同時(shí)，通過微信、APP等移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，方便設(shè)備技術(shù)管理人隨時(shí)隨地查看機(jī)泵告警及狀態(tài)，提高了車間設(shè)備管理及預(yù)防性維修水平。