機(jī)泵群在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在裝置中的應(yīng)用

王秀宏(茂名瑞派石化工程有限公司惠州分公司，廣東 惠州 516081)

0 引言

某煉廠 400萬(wàn)噸/年高壓加氫裂化裝置中，由29臺(tái)機(jī)泵組成的一個(gè)機(jī)泵群，涉及到進(jìn)料、塔底、回流、外送等關(guān)鍵設(shè)備，工況多為高溫高壓、介質(zhì)多為易燃易爆。機(jī)泵的機(jī)械振動(dòng)會(huì)導(dǎo)致機(jī)封泄漏、軸承磨損等，甚至?xí)鸹馂?zāi)爆炸等嚴(yán)重事故，對(duì)裝置安全生產(chǎn)造成重大影響。

為了評(píng)估機(jī)泵的狀態(tài)，早期發(fā)現(xiàn)并跟蹤設(shè)備故障，對(duì)這個(gè)機(jī)泵群進(jìn)行技術(shù)改造，新增機(jī)泵在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(Condition Monitoring System，簡(jiǎn)稱 CMS)1 套，對(duì)機(jī)泵旋轉(zhuǎn)部件進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)。這套系統(tǒng)通過(guò)對(duì)機(jī)泵振動(dòng)信號(hào)的在線采集、處理和分析，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)泵故障、評(píng)估機(jī)泵的健康狀態(tài)、預(yù)測(cè)部件的剩余壽命，以便有計(jì)劃地合理安排機(jī)泵的檢修工作，更好地保障機(jī)泵的正常運(yùn)行，從而節(jié)省維護(hù)費(fèi)用。信號(hào)可以通過(guò)企業(yè)局域網(wǎng)上傳到設(shè)備管理部門，也可以上傳至中央控制室DCS 系統(tǒng)由操作人員進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)機(jī)泵預(yù)知性維護(hù)維修管理。

1 CMS系統(tǒng)總體架構(gòu)

機(jī)泵群在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)(CMS)包含安裝在泵體監(jiān)測(cè)點(diǎn)的IMI(PCB)加速度傳感器、本特利內(nèi)華達(dá)2300 系列振動(dòng)監(jiān)測(cè)器、CMS 服務(wù)器以及配套軟件1 套。在滿足現(xiàn)場(chǎng)防爆安全要求的前提下，CMS 系統(tǒng)分就地監(jiān)測(cè)和集中監(jiān)控兩個(gè)部分，其中傳感器、振動(dòng)監(jiān)測(cè)器以及配套防爆接線箱、網(wǎng)絡(luò)集成箱安裝在現(xiàn)場(chǎng)，服務(wù)器及配套機(jī)柜安裝在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間內(nèi)。

本項(xiàng)目測(cè)點(diǎn)配置有如下兩種方案，如圖1，圖2所示：

(1)針對(duì)于懸臂機(jī)泵的精簡(jiǎn)配置，2 個(gè)測(cè)點(diǎn)：2H 和3H。

(2)針對(duì)于雙支撐設(shè)備的精簡(jiǎn)配置，3 個(gè)測(cè)點(diǎn)：2H、3H 和 4H。

圖1 懸臂機(jī)泵測(cè)點(diǎn)配置

圖2 雙支撐機(jī)泵測(cè)點(diǎn)配置

說(shuō)明：“H”指水平方向。

本項(xiàng)目29臺(tái)關(guān)鍵機(jī)泵合計(jì)68個(gè)測(cè)點(diǎn)，需要使用68個(gè)監(jiān)測(cè)探頭(加速度傳感器)，34塊雙通道振動(dòng)監(jiān)測(cè)器，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)位置和接線箱容量共需設(shè)置7臺(tái)防爆接線箱，1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)集成箱，1臺(tái)CMS機(jī)柜，系統(tǒng)架構(gòu)如圖3所示：

(1)系統(tǒng)架構(gòu)說(shuō)明：在現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間內(nèi)新增一面標(biāo)準(zhǔn)機(jī)柜，機(jī)柜內(nèi)安裝CMS 服務(wù)器。

(2) 220VAC 電源從機(jī)柜間內(nèi)CMS 機(jī)柜引出，經(jīng)過(guò)3 個(gè)一入四出的防爆電源轉(zhuǎn)換模塊，分別為接線箱和網(wǎng)絡(luò)集成箱提供24VDC 電源。

(3)安裝在泵體的傳感器通過(guò)專用電纜接至附近防爆接線箱內(nèi)的振動(dòng)監(jiān)測(cè)器。

(4)每個(gè)接線箱輸出采用以太網(wǎng)線(六類屏蔽雙絞線)接到網(wǎng)絡(luò)集成箱。

(5)網(wǎng)絡(luò)集成箱輸出采用光纜(鎧裝，單模，8 芯)敷設(shè)到現(xiàn)場(chǎng)機(jī)柜間，接至CMS 機(jī)柜。

(6) CMS 服務(wù)器配置獨(dú)立的后臺(tái)，通過(guò)交換機(jī)接入企業(yè)辦公網(wǎng)絡(luò)，所需企業(yè)局域網(wǎng)接口及IP 地址、VPN 訪問權(quán)限由業(yè)主提供，用戶可以通過(guò)辦公網(wǎng)絡(luò)客戶端對(duì)現(xiàn)場(chǎng)機(jī)泵的狀態(tài)進(jìn)行不同授權(quán)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

(7) CMS 系統(tǒng)留有遠(yuǎn)程監(jiān)控的擴(kuò)展，可以與業(yè)主現(xiàn)有DCS系統(tǒng)通訊，通過(guò)組態(tài)在DCS 系統(tǒng)進(jìn)行指示、報(bào)警和歷史記錄。

圖3 系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 CMS硬件系統(tǒng)

2.1 加速度傳感器

加速度傳感器參數(shù)如表1所示。

表1 加速度傳感器參數(shù)

傳感器的安裝：優(yōu)先傳感器墊片焊接，其次粘接方式進(jìn)行安裝。安裝前需要打磨平面，再焊接或安裝時(shí)涂膠均勻，粘接牢固，安裝后，轉(zhuǎn)接頭應(yīng)與旋轉(zhuǎn)部件保持10mm 以上空間，以保證工作過(guò)程中傳感器與旋轉(zhuǎn)部件不發(fā)生碰撞。

傳感器專用電纜采用雙芯低噪聲屏蔽鎧裝電纜，提高信噪比，航空接口、優(yōu)選側(cè)出線； 具有阻燃性，滿足防火、防爆要求。

2.2 本特利內(nèi)華達(dá)2300系列振動(dòng)監(jiān)測(cè)器

2300 監(jiān)測(cè)器是用于監(jiān)測(cè)并保護(hù)馬達(dá)、泵、風(fēng)機(jī)等資產(chǎn)的全功能監(jiān)測(cè)器，具有兩個(gè)地震式振動(dòng)通道和一個(gè)轉(zhuǎn)速通道，可為BOP 輔機(jī)設(shè)備提供連續(xù)監(jiān)測(cè)和保護(hù)；其輸出包括繼電器輸出、緩沖傳感器輸出、TCP/IP 以太網(wǎng)口、以及 LCD 液晶顯示。

2300 系列監(jiān)測(cè)器可通過(guò)配套提供的組態(tài)軟件(System 1 Evo)進(jìn)行組態(tài)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程訪問，監(jiān)測(cè)器上還集成了一個(gè) LCD 液晶顯示屏和若干個(gè) LED 發(fā)光二極管，可就地顯示通道實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和狀態(tài)。2300/20 監(jiān)測(cè)器可提供關(guān)鍵振動(dòng)測(cè)量值/靜態(tài)數(shù)據(jù)，包括：通頻單峰值、通頻峰-峰值、真實(shí)RMS 有效值、計(jì)算單峰值、積分通頻峰值。

2300/20 監(jiān)測(cè)器還能提供總樣本為8192個(gè)、最大3200 頻譜線的波形/頻譜(動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù))：每個(gè)通道最多可提供1 組非同步波形(加速度波形)、1 組積分非同步波形(速度波形)、和1 組解調(diào)波形(包絡(luò))所有波形為時(shí)基波形；轉(zhuǎn)換為頻譜的處理過(guò)程在 System 1 Evo 軟件中進(jìn)行。非同步(加速度)波形和積分非同步(速度)波形每秒一組；解調(diào)(包絡(luò))波形每分鐘一組。

本項(xiàng)目采用本特利內(nèi)華達(dá)2300/20 雙通道監(jiān)測(cè)器，具有滿足機(jī)泵群防爆區(qū)域的等級(jí)認(rèn)證，可以安放于現(xiàn)場(chǎng)并在現(xiàn)場(chǎng)提供泵的振動(dòng)數(shù)據(jù)顯示；能夠提供4-20mA 輸出、網(wǎng)絡(luò)輸出等多種信號(hào)輸出模式；具有硬件故障的自診斷功能，當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)傳感器或者電纜有異常問題的時(shí)候，能夠提供異常報(bào)警。各部分功能及詳述如圖4所示。

圖4 2300/20 振動(dòng)監(jiān)測(cè)器

2.3 服務(wù)器

選用的服務(wù)器詳細(xì)配置不低于如下規(guī)格：(1) CPU：64 位，主頻≥2.4GHz；(2)硬盤：≥500GB；(3)內(nèi)存：≥16GB；(4)光盤驅(qū)動(dòng)器：1×DVD，SATA；(5)帶有獨(dú)立圖形加速器的顯卡(顯示存儲(chǔ)器≥64MB)；(6)顯示器：采用對(duì)角線大于等于22″的高分辨率 LCD 彩色顯示器；屏幕比例為16:10；分辨率應(yīng)達(dá)到1280×1024(32 位真彩)以上；(7)鍵盤、鼠標(biāo)、以太網(wǎng)雙網(wǎng)卡；現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器供電要求：220VAC±10%，50Hz±1Hz，550W，取自機(jī)柜間內(nèi)備用供電回路。

3 CMS 軟件系統(tǒng)

3.1 System 1? Evolution (Evo)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷平臺(tái)

System 1? Evolution (Evo)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷平臺(tái)可展現(xiàn)出繪圖集、機(jī)器示意圖、總貌圖、以及事件繪圖。采用WEB 瀏覽器版，基于B/S 網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問、顯示和分析，登陸人員數(shù)量不受限制。采用插件式結(jié)構(gòu)，每當(dāng)客戶需要，都可以擴(kuò)展他們的系統(tǒng)，插入其它的技術(shù)，這樣便于用戶把來(lái)自不同設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)硬件平臺(tái)的信息匯集到一個(gè)通用平臺(tái)上。

System1 Evolution 與已授權(quán)的3500 框架相連，連續(xù)不斷地采集靜態(tài)和動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)雖然無(wú)法被常規(guī)的控制系統(tǒng)處理，但是對(duì)于做出運(yùn)行和維修決策來(lái)說(shuō)，它卻是無(wú)價(jià)的機(jī)械狀態(tài)數(shù)據(jù)。System1? Evolution 能夠在關(guān)鍵的機(jī)組事件中(報(bào)警、啟停機(jī))捕捉到更為集中的數(shù)據(jù)，對(duì)于解答是否重新開機(jī)、造成某個(gè)報(bào)警或跳機(jī)的根本原因、哪些組件已經(jīng)/將要損壞或惡化等疑問，這種數(shù)據(jù)是非常重要的。此項(xiàng)功能對(duì)老舊設(shè)備或者無(wú)備機(jī)以及/或者問題纏身的設(shè)備來(lái)說(shuō)更有價(jià)值。

3.2 System 1 Evo System1? Evolution 軟件-Premium套件包

System 1?軟件是狀態(tài)監(jiān)測(cè)解決方案的核心產(chǎn)品，給用戶提供一個(gè)全廠范圍機(jī)械管理單一生態(tài)系統(tǒng)。利用狀態(tài)監(jiān)測(cè)報(bào)警、長(zhǎng)期的趨勢(shì)數(shù)據(jù)和故障診斷等手段去了解機(jī)泵設(shè)備健康狀況，在此基礎(chǔ)上結(jié)合人員和流程，利用這些關(guān)鍵數(shù)據(jù)去制定維修計(jì)劃、作出決策。

3.2.1 功能

高分辨率的趨勢(shì)、報(bào)警和啟/停機(jī)數(shù)據(jù)；為趨勢(shì)數(shù)據(jù)提供短時(shí)間黑匣子飛行記錄儀功能； 滾珠軸承和滑動(dòng)軸承的診斷；診斷報(bào)告。

3.2.2 易用性

分布式的客戶端/服務(wù)器端部署模型；手持式設(shè)備的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸；2X/Citrix 遠(yuǎn)程接入； 用戶賬戶安全保密簡(jiǎn)檔。

3.2.3 內(nèi)嵌的專業(yè)知識(shí)

以客戶設(shè)備為中心的整體解決方案，以及組態(tài)配置和診斷的最優(yōu)方法：基于設(shè)備運(yùn)行工況的數(shù)據(jù)采集與報(bào)警；設(shè)備建模導(dǎo)向的最佳經(jīng)驗(yàn)組態(tài)；內(nèi)置 ISO 10816-3、10816-7、14694 組態(tài)向?qū)А?/p>

4 結(jié)語(yǔ)

機(jī)泵群在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)施后，完善了全廠機(jī)泵設(shè)備管理的系統(tǒng)平臺(tái)，其具有現(xiàn)代且直觀的用戶界面，全新的數(shù)據(jù)庫(kù)管理診斷和工作優(yōu)先級(jí)能力，基于設(shè)備狀態(tài)的數(shù)據(jù)采集、報(bào)警和機(jī)組模塊促成最佳的組態(tài)，便于推動(dòng)機(jī)泵狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷流程。通過(guò)機(jī)泵群狀態(tài)在線監(jiān)測(cè)，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)泵故障并分析故障程度，確定更換壽命，在保證設(shè)備運(yùn)行安全性的基礎(chǔ)上避免部件過(guò)早更換。有利于制定合理的批次更換檢修計(jì)劃，減少單個(gè)更換帶來(lái)的重復(fù)成本，從而提高機(jī)泵運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。