氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測方法研究

楊 棟，王智強(qiáng)

（南山鋁業(yè)股份有限公司印尼項(xiàng)目部，山東 龍口 265713）

伴隨高新技術(shù)的發(fā)展與自動(dòng)化加強(qiáng)，工業(yè)領(lǐng)域?qū)C(jī)械設(shè)備的使用也越來越廣泛，規(guī)模也越來越大，如電機(jī)、齒輪箱、發(fā)動(dòng)機(jī)箱、加速器等。在日常維修過程中，機(jī)械設(shè)施所用的零件因?yàn)橘|(zhì)量不過關(guān)、材料老化等因素會(huì)出現(xiàn)各種各樣的故障。而由于設(shè)備之間存在一定的關(guān)系，互相關(guān)聯(lián)，彼此影響，因而一旦發(fā)生故障問題，其導(dǎo)致的連鎖反應(yīng)也會(huì)波及其他設(shè)備甚至影響工業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)生嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，如電力系統(tǒng)的渦輪發(fā)電機(jī)組、冶金鍛煉以及重化工業(yè)等涉及的關(guān)鍵設(shè)施等[1]。所以，生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測方法為設(shè)備正常運(yùn)行提供了保證，確保了工廠設(shè)施的安全運(yùn)營以及產(chǎn)品質(zhì)量的提升。需要注意的是，氧化鋁廠應(yīng)使用的儀器絕大部分都屬于化機(jī)類設(shè)備，其安全運(yùn)行顯得尤其關(guān)鍵，就有必要實(shí)時(shí)進(jìn)行設(shè)備故障的監(jiān)測。

1 氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測方法

1.1 確定經(jīng)驗(yàn)回歸直線方程構(gòu)建監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)

因?yàn)楣收媳O(jiān)測主要利用數(shù)據(jù)所在位置與運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)判斷，判斷其是否位于蒸發(fā)器主要設(shè)計(jì)工藝的指標(biāo)范疇之內(nèi)，同時(shí)也是為了保證算法步驟簡單，易于計(jì)算，便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化處理。將相同屬性的數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)值域子區(qū)間，每個(gè)子區(qū)間均對應(yīng)一個(gè)初始值。本文采取等距離區(qū)間法，結(jié)合氧化鋁廠的生產(chǎn)要求與數(shù)據(jù)分析，把每一個(gè)觀測節(jié)點(diǎn)測定的信號在類別上劃分為標(biāo)準(zhǔn)、偏低和偏高三種，并分別將其編為1，2，3；在故障監(jiān)測變量上將1定義為正常1，2和3定義為故障狀態(tài)。實(shí)際生產(chǎn)過程中能夠按照工作需要，細(xì)化數(shù)據(jù)分類。

假設(shè)設(shè)定n組需要監(jiān)測的數(shù)據(jù)值，樣本主要包括：(x1,y1),(x2,y2),...(xn,yn)，換句話說就是簡化的一元回歸線模型：yi=a+bxi+εi，其中εi～N(0,σ2)，通常會(huì)采取最小二乘法（OLS）來對a與b進(jìn)行估算，記作：

公式（1）中，Q(a,b)設(shè)定為非負(fù)數(shù)且屬于a,b的三次函數(shù)，因而Q(a,b)的計(jì)算勢必會(huì)用到Q(a,b)最小值，使其和a與b的值進(jìn)行對比，a與b一般認(rèn)為是與的估算值，即：

這個(gè)方法就是最小二乘法，其中與分別作為a與b的二乘最小值。之后對Q(a,b)進(jìn)行a,b求導(dǎo)，設(shè)定其固定值為0，求取a,b的估算值。

公式（3）通過分解可以獲得以下公式：

根據(jù)線性回歸方程的設(shè)置：

有關(guān)系數(shù)r的公式見下式：

利用最小結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)值構(gòu)建平面決策模型，用來把控設(shè)備監(jiān)測的困難程度和風(fēng)險(xiǎn)程度間的平衡。對于這兩種問題，假定已知的兩個(gè)樣本集合是可以超平面進(jìn)行數(shù)據(jù)分類，將標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的支持向量轉(zhuǎn)變?yōu)槠鋵?yīng)匹配值，即：

不同屬性的樣本被誤判時(shí)都會(huì)在一定程度上被賦予不同意義，并付出誤判代價(jià)，假定已知狀態(tài)下，不平衡樣本集合 為是可以被超平面所分類的，這其中涉及到的支持向量優(yōu)化設(shè)備故障的計(jì)算公式就是：

公式中，C1，C2分別代表各自狀態(tài)下被誤判的代價(jià)指數(shù)，k(w,xi)代表二元二次函數(shù)，具體指實(shí)際數(shù)值誤差。支持向量對應(yīng)匹配上述公式的計(jì)算公式為:

1.2 蒸發(fā)過程故障分析

氧化鋁廠生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的蒸發(fā)過程比較復(fù)雜重要，這中間就會(huì)出現(xiàn)一系列的故障問題。通常會(huì)將故障分成幾種主要類型，分別是物料成垢，真空度下降，蒸水量下降以及故障評測。下面就對具體故障的形成原因進(jìn)行具體分析。物料成垢故障的形成原因和征兆都是發(fā)生在其蒸發(fā)過程中的。當(dāng)蒸發(fā)溶液內(nèi)溶質(zhì)伴隨濃縮逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡蜖顟B(tài)時(shí)，就會(huì)隨之析出晶體結(jié)為成垢(結(jié)疤)。具體發(fā)生征兆有：①溶質(zhì)的揮發(fā)速度受到一定影響，進(jìn)料量大幅減少。正常情況下，進(jìn)料量取值在320m/h～328m/h，一旦超過328m/h或小于320m/h即視為非正常；②耗氣量大大增多，從而對新蒸汽量提出了新要求。新蒸汽量的取值一般在58m/h～66m/h，超過66m/h即視為非正常；③蒸水量一定程度上呈現(xiàn)遞減趨勢，這會(huì)造成原料的出料濃度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最低標(biāo)準(zhǔn)線280g·L；④蒸發(fā)器內(nèi)溶液的液位不斷升高。真空度降低的故障形成原因及其具體征兆表現(xiàn)：成因包括：①冷凝器的落水管在下層封槽內(nèi)出現(xiàn)液位降低現(xiàn)象，無法滿足處于真空狀態(tài)下對液柱高度的需要，從而導(dǎo)致真空泄漏；②管道出現(xiàn)漏氣，導(dǎo)出真空度逐漸下降，與此相對應(yīng)的蒸汽流量也會(huì)隨之降低。征兆為真空度下降，進(jìn)而導(dǎo)致氧化鋁的沸點(diǎn)升高，蒸水量降低，耗氣增多。另外因?yàn)檎羲砍尸F(xiàn)下降趨勢，涌入的蒸汽量逐漸增多，溶液的液位也會(huì)隨之升高，其實(shí)際溫度也會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過正常溫度值的最大上限60℃。

1.3 安全閥校驗(yàn)過程中的優(yōu)化

在對氧化鋁生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行故障監(jiān)測時(shí)，其安全閥校驗(yàn)是最后一道環(huán)節(jié)，監(jiān)測過程中必須時(shí)刻確保監(jiān)測環(huán)境和實(shí)際應(yīng)用環(huán)境的吻合，如此一來得到的監(jiān)測結(jié)果才可以更為全面、真實(shí)。安全。同時(shí)，安全閥作為一種限位指定閥門，其靈敏度高低是重點(diǎn)檢查對象。因而在故障監(jiān)測過程中必須時(shí)刻關(guān)注以下幾方面內(nèi)容：在監(jiān)測過程中必須提前檢查安全閥表面是否完整，部分安全閥會(huì)直接表現(xiàn)在表面，如縫隙、腐蝕等。安全閥在類型篩選上必須與實(shí)際環(huán)境下產(chǎn)生的壓力值相配套應(yīng)用。這是由于安全閥內(nèi)安置的彈簧在彈跳等級上設(shè)置為處于不同壓力下才會(huì)啟動(dòng)，因而如果受壓過低或過高，都會(huì)對設(shè)備的限定保護(hù)造成很大程度的影響，另一方面，彈簧受到的壓力過大就會(huì)導(dǎo)致其啟動(dòng)時(shí)間過于漫長，這就對設(shè)備整體的安全運(yùn)行產(chǎn)生故障隱患。同時(shí)，安全閥在校驗(yàn)過程中必須嚴(yán)格檢驗(yàn)自身質(zhì)量是否過關(guān)，安全閥的使用標(biāo)準(zhǔn)必須符合國家安全產(chǎn)品出廠標(biāo)準(zhǔn)，一旦檢驗(yàn)不合格，除了返廠銷毀外還需注意以免不合格產(chǎn)品流入市場被惡意使用，所以勢必要重視安全閥的采買、到貨驗(yàn)收等環(huán)節(jié)，確保安全閥的質(zhì)量足以滿足氧化鋁的生產(chǎn)要求。

2 實(shí)驗(yàn)與效果分析

為了更加清楚、具體的看出本文設(shè)計(jì)的氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測方法的實(shí)際應(yīng)用效果，特與傳統(tǒng)設(shè)備故障監(jiān)測方法進(jìn)行對比，對其監(jiān)測能力的大小進(jìn)行對比。

（1）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。為保證試驗(yàn)的準(zhǔn)確性，將兩種檢測方法置于相同的試驗(yàn)參數(shù)之中，進(jìn)行監(jiān)測能力的測試。

（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析。試驗(yàn)過程中，通過兩種不同的故障監(jiān)測方法同時(shí)在相同環(huán)境中進(jìn)行工作，分析其監(jiān)測能力的變化。

通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，本文提出的氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測方法相比于傳統(tǒng)設(shè)備故障監(jiān)測方法設(shè)計(jì)，可以最大限度地增加設(shè)備故障監(jiān)測的精準(zhǔn)度，降低誤判率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，節(jié)約社會(huì)資源。

3 結(jié)束語

對氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備的故障監(jiān)測方法進(jìn)行分析，依托氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備的生產(chǎn)要求，根據(jù)安全生產(chǎn)的內(nèi)容，對設(shè)備故障監(jiān)測方法進(jìn)行及時(shí)調(diào)整。實(shí)踐表明，本文設(shè)計(jì)的氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測方法具備極高的有效性。希望本文的氧化鋁廠生產(chǎn)設(shè)備故障監(jiān)測方法可以為未來有關(guān)氧化鋁廠安全生產(chǎn)以及故障監(jiān)測的實(shí)時(shí)性提供借鑒意義。