機(jī)泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在設(shè)備維修中的應(yīng)用

韓國良

（大慶煉化公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

目前大部分石油化工企業(yè)關(guān)鍵機(jī)泵缺少狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，判斷故障的主要手段就是耳聽、手摸、紅外測溫、殼體測振等，很難預(yù)測和分析機(jī)泵存在的潛在故障，只能被動的非計(jì)劃性停車，對設(shè)備運(yùn)行和連續(xù)性生產(chǎn)都十分不利，存在很大的安全隱患。一旦關(guān)鍵或危險(xiǎn)介質(zhì)機(jī)泵發(fā)生故障，如抱軸、密封部件泄漏等，在監(jiān)護(hù)不到位的情況下，極容易導(dǎo)致爆炸、火災(zāi)等事故的發(fā)生，不但給生產(chǎn)企業(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且危及在崗人員的生命安全。長期以來，上述故障是影響安全生產(chǎn)的潛在的重大事故隱患，始終困擾著石油化工企業(yè)的設(shè)備安全生產(chǎn)，因此，對關(guān)鍵機(jī)泵設(shè)置狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)是十分必要的。

1 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)概述

1.1 體系結(jié)構(gòu)

機(jī)泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)基本架構(gòu)為：機(jī)泵上加裝無線振動以及溫度傳感器，采集機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)；無線網(wǎng)關(guān)對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、上傳波形及特征值、下傳測量定義、管理無線網(wǎng)絡(luò)以及與其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)融合；無線網(wǎng)關(guān)通過光纖與企業(yè)數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)將無線網(wǎng)關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的狀態(tài)處理，系統(tǒng)平臺除常見的故障報(bào)警、圖譜分析診斷功能外，還需具有故障狀態(tài)預(yù)警、故障狀態(tài)分析診斷、機(jī)泵能耗和效能分析功能。診斷專網(wǎng)內(nèi)用戶以Web 瀏覽模式，使用專業(yè)可視化工具調(diào)取、分析各類數(shù)據(jù)。機(jī)泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

1.2 硬件配置

狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要由3 部分組成，分別是采集數(shù)據(jù)的無線傳感器、分配網(wǎng)絡(luò)的無線網(wǎng)關(guān)、處理數(shù)據(jù)的服務(wù)器。

（1）無線傳感器：是針對現(xiàn)場測點(diǎn)分散、布線復(fù)雜的設(shè)備專門開發(fā)的無線監(jiān)測設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)振動信號和溫度信號的同時采集，振動信號包括速度、加速度和位移3 種，且數(shù)據(jù)采集為持續(xù)量，后續(xù)可做頻譜波形分析使用。數(shù)據(jù)采集后，監(jiān)測器是通過無線的方式將數(shù)據(jù)回傳，避免了現(xiàn)場布線的繁瑣工作，大大降低了企業(yè)對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測的難度。

（2）無線網(wǎng)關(guān)：是狀態(tài)監(jiān)測方案的重要組成部分，負(fù)責(zé)無線監(jiān)測器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器之間的數(shù)據(jù)傳輸與通信；接收無線監(jiān)測器傳來的振動與溫度數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給數(shù)據(jù)庫服務(wù)器；同時，也能夠從數(shù)據(jù)庫服務(wù)器接受指令并下達(dá)給無線監(jiān)測器。

圖1 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

（3）數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)的自動存儲、自動分析和自動報(bào)警，并對設(shè)備故障進(jìn)行早期診斷與趨勢預(yù)測，為實(shí)現(xiàn)基于設(shè)備狀態(tài)的預(yù)知維修提供標(biāo)準(zhǔn)量化的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1.3 軟件配置

監(jiān)測系統(tǒng)采用大數(shù)據(jù)平臺及其相應(yīng)的應(yīng)用軟件和組件，具備良好的開放性、擴(kuò)展性、可靠性。基于Linux 運(yùn)行環(huán)境，采用Spring Cloud 微服務(wù)、多機(jī)群分布式架構(gòu)，內(nèi)部處理使用Spark、Redis 等關(guān)鍵模組，利用Rabbitmq 消息發(fā)布組件進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，支持流計(jì)算功能和具備水平擴(kuò)展能力；采用關(guān)系型數(shù)據(jù)（MySQL）和非關(guān)系型數(shù)據(jù)庫（MongoDB），支持不同格式的數(shù)據(jù)存儲和處理；支持運(yùn)行TensorFlow 庫、Mllib 機(jī)器學(xué)習(xí)庫?？筛鶕?jù)不同機(jī)泵及其運(yùn)行特點(diǎn)，設(shè)定有效的故障報(bào)警門限值，具備泵群振動及溫度的趨勢、多數(shù)據(jù)獨(dú)立瀏覽、聲光報(bào)警等功能。功能包括：速度有效值（2 Hz～1 kHz）、加速度值、軸承溫度、軸承狀態(tài)，同時顯示上述功能的趨勢預(yù)警、閾值預(yù)警，實(shí)時顯示，歷史統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)（自定義時間節(jié)點(diǎn)查詢）；具備豐富的數(shù)據(jù)分析功能，可以提供趨勢圖、時域波形、頻譜、包絡(luò)解調(diào)、多波形、多頻譜等多種分析譜圖。

2 應(yīng)用案例

2.1 熱油泵軸承損傷故障診斷案例

某化工廠熱油泵是裝置的核心設(shè)備，設(shè)備一旦發(fā)生故障沒有及時發(fā)現(xiàn)處理將影響到裝置的平穩(wěn)運(yùn)行，其設(shè)備結(jié)構(gòu)為電機(jī)+聯(lián)軸器+離心泵，電機(jī)軸承型號NSK6314，泵軸承型號6312，工況轉(zhuǎn)速2975 r/min，功率400 kW。2018 年9 月15 日設(shè)備啟機(jī)運(yùn)行，泵驅(qū)動端水平方向振動速度值3.1 mm/s，振動值并不超標(biāo)，但是通過狀態(tài)診斷系統(tǒng)分析：油泵驅(qū)動端速度頻譜、加速度頻譜及加速度包絡(luò)頻譜中都以153.75 Hz 及其倍頻為主，與6312 軸承外圈故障頻率接近，泵振動頻譜如圖2 所示，且加速度和加速度包絡(luò)幅值較高。

圖2 泵振動頻譜

9 月26 日機(jī)泵檢修更換軸承，振動數(shù)值下降到1.1 mm/s，軸承切開后可見外圈整個圓周存在剝落，多個滾動體表面可見剝落，內(nèi)圈輕微剝落，其中外圈損傷尤其明顯，與診斷結(jié)論一致。

2.2 熱油泵葉輪堵塞故障診斷案例

2020 年4 月27 日，某在運(yùn)熱油泵非驅(qū)動端水平振動值持續(xù)升高，并且發(fā)生報(bào)警，振動趨勢如圖3 所示。設(shè)備人員通過狀態(tài)系統(tǒng)提供的頻譜分析和包絡(luò)分析發(fā)現(xiàn)，振動頻譜主要以轉(zhuǎn)頻為主，包絡(luò)頻譜中沒有發(fā)現(xiàn)明顯的軸承缺陷頻率，現(xiàn)場對機(jī)泵的潤滑油檢查未發(fā)現(xiàn)有缺油現(xiàn)象，且軸承溫度沒有明顯的升高，所以振動升高的主要原因可能是葉輪發(fā)生故障，排除軸承故障的可能，由于振動超標(biāo)嚴(yán)重，設(shè)備立刻被解體檢修。檢查發(fā)現(xiàn)，葉輪被油塊堵塞，清理后回裝，設(shè)備振動恢復(fù)。

圖3 熱油泵非驅(qū)動端水平振動趨勢

3 結(jié)束語

在使用機(jī)泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)后，帶來以下益處：

（1）大幅度減少機(jī)泵惡性事故的發(fā)生。

（2）能及時報(bào)警，提前采取措施，消除故障發(fā)生的條件，減少非計(jì)劃停機(jī)，延長運(yùn)轉(zhuǎn)周期。

（3）為檢維修提供科學(xué)依據(jù)，可以避免過度檢測或者檢測不足，同時使檢修有的放矢，對癥下藥，降低檢維修費(fèi)用。

（4）保證機(jī)泵長周期、穩(wěn)定運(yùn)行，提高企業(yè)“潛在”利潤，增強(qiáng)企業(yè)市場競爭力。