煤氣鼓風(fēng)機(jī)組全生命周期 健康狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用與實踐分析

肖裕君

（湖南華菱漣源鋼鐵有限公司，湖南 婁底 417009）

1 基本情況

湖南華菱漣源鋼鐵有限公司（簡稱華菱漣鋼）焦化廠配備有2座JN60-89型焦?fàn)t，1座JN43-804型焦?fàn)t，由4臺型號為D850-1.22/0.94的煤氣鼓風(fēng)機(jī)對焦?fàn)t產(chǎn)生的煤氣進(jìn)行加壓凈化，并通過煤氣柜進(jìn)行回收利用。4臺煤氣鼓風(fēng)機(jī)采取兩開兩備的運(yùn)行方式，該機(jī)組由西安新環(huán)能源有限公司生產(chǎn)，2011年9月正式投運(yùn)，機(jī)組出廠只帶有溫度監(jiān)測，設(shè)備采取的是事后維修方式，維修成本高，維修工作量大。隨著云計算、人工智能、大數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)等新一代信息技術(shù)的快速發(fā)展，華菱漣鋼于2019年7月在機(jī)組相應(yīng)位置上增加應(yīng)力波傳感器進(jìn)行全生命周期狀態(tài)監(jiān)測，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)異常進(jìn)行分析，有的放矢地進(jìn)行隱患消除。2021年3～4月，發(fā)現(xiàn)機(jī)組發(fā)電機(jī)驅(qū)動端和非驅(qū)動端應(yīng)力波能量值有上升且結(jié)合軸承故障特征頻率計算判斷軸承存在可能的問題。

2 工作原理

設(shè)備全生命周期健康狀態(tài)監(jiān)測采用應(yīng)力波監(jiān)測技術(shù)，對設(shè)備的非正常狀態(tài)在早期（一般都集中在人耳聽不到的20kHz以上的頻率36kHz+/-2kHz）、中期（2～20kHz）、晚期（≤2kHz）均能做出反應(yīng)，設(shè)備內(nèi)部（主要是軸承、齒輪箱等）金屬體旋轉(zhuǎn)就會發(fā)生周期性或隨機(jī)性的摩擦、沖擊，通過量化摩擦、沖擊、負(fù)載變化產(chǎn)生的應(yīng)力波能量，可以很好地發(fā)現(xiàn)旋轉(zhuǎn)設(shè)備內(nèi)部的動態(tài)變化。

應(yīng)力波系統(tǒng)由感知層、匯聚層、應(yīng)用層3個部分架構(gòu)組成，感知層由新加在設(shè)備上的專屬傳感器通過音頻數(shù)據(jù)線來感知設(shè)備內(nèi)部的應(yīng)力波能量變化；匯聚層由采集箱進(jìn)行數(shù)據(jù)流的匯總、計算處理現(xiàn)場多個應(yīng)力波傳感器的監(jiān)測信息；分析軟件部署在控制室或者管理辦公室，用于診斷分析和處理多個數(shù)據(jù)采集箱匯聚的設(shè)備監(jiān)測數(shù)據(jù)信息?；谠诰€連續(xù)監(jiān)測，判斷設(shè)備的健康/不健康狀態(tài)、識別設(shè)備發(fā)生故障的時間點及故障惡化趨勢。該系統(tǒng)同時配置設(shè)備健康監(jiān)測手機(jī)APP軟件，幫助設(shè)備運(yùn)維人員更加方便完成設(shè)備健康監(jiān)測，結(jié)合應(yīng)力波診斷技術(shù)、移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)提高設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷效率。

3 煤氣鼓風(fēng)機(jī)組基本情況

離心鼓風(fēng)機(jī)組主要由電機(jī)、高速型液力偶合器、變速器、離心鼓風(fēng)機(jī)體、潤滑系統(tǒng)、現(xiàn)場監(jiān)測儀表、進(jìn)出口管道及閥門等組成。各組成部分通過齒式聯(lián)軸器聯(lián)接。機(jī)組主要參數(shù)見表1。

表1 電機(jī)兩端軸承的各故障特征頻率（表中數(shù)據(jù)資料來源SKF）

表1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)主要參數(shù)

4 檢測及分析過程

4.1 結(jié)構(gòu)簡圖及測點布置情況

圖1 為煤氣鼓風(fēng)機(jī)組示意圖及應(yīng)力波傳感器測點布置情況。

圖1 煤氣鼓風(fēng)機(jī)簡圖及測點布置

4.2 機(jī)組診斷分析與處理

4.2.1 機(jī)組運(yùn)行過程及應(yīng)力波能量監(jiān)測分析

2019年7 月應(yīng)力波系統(tǒng)安裝完成并投入使用，煤氣鼓風(fēng)機(jī)組各點應(yīng)力波能量值一直穩(wěn)定運(yùn)行。2021年4月下旬，監(jiān)測人員在系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)煤氣鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)非驅(qū)動端（測點24）、驅(qū)動端（測點31）應(yīng)力波能量值出現(xiàn)不穩(wěn)定且有上升趨勢，傳統(tǒng)溫度檢測顯示正常無變化，立即安排人員到現(xiàn)場進(jìn)行手動測振也未發(fā)現(xiàn)異常。但從電機(jī)非驅(qū)動端測點24的應(yīng)力波能量頻譜圖分析中看出，20.75Hz及357Hz特征頻率單峰突出且一直存在，幅值也相對較高（見圖2）并呈上升趨勢；從電機(jī)驅(qū)動端測點31應(yīng)力波能量頻譜圖分析中看出，358Hz特征頻率單峰突出（見圖3），考慮到旋轉(zhuǎn)設(shè)備在頻譜圖中具有較強(qiáng)的特征與故障對應(yīng)關(guān)系，故將軸承存在隱患作為分析的重點。根據(jù)滾動軸承故障特征，分析發(fā)現(xiàn)軸承保持架和軸承外圈特征頻率。

圖2

圖3

4.2.2 對照軸承故障特征頻率進(jìn)行推斷

煤氣鼓風(fēng)機(jī)電機(jī)兩端NU220軸承均在外圈故障，其中非驅(qū)動端軸承還出現(xiàn)了保持架故障頻率。在找到明顯對應(yīng)關(guān)系后，公司有計劃地在5月份安排機(jī)組倒換將該鼓風(fēng)機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，并把電機(jī)送專業(yè)廠家進(jìn)行開蓋檢修發(fā)現(xiàn)：（1）電機(jī)驅(qū)動端NU220軸承座外圈磨損0.07mm，外圈發(fā)黑；（2）電機(jī)非驅(qū)動端NU220軸承座磨損0.03mm，外圈發(fā)黑且油環(huán)內(nèi)孔磨損，不隨軸轉(zhuǎn)，在軸承箱內(nèi)會竄動；（3）發(fā)現(xiàn)電機(jī)有絕緣老化現(xiàn)象，具體見圖4。實際故障與應(yīng)力波監(jiān)測系統(tǒng)分析結(jié)論基本吻合。

圖4

5 結(jié)語

通過此次診斷分析與處理工作可以表明：（1）相比傳統(tǒng)的監(jiān)測手段（油品檢測、振動檢測、溫度檢測等），應(yīng)力波能量監(jiān)測更能較早反應(yīng)出設(shè)備的狀態(tài)，應(yīng)力波全生命周期狀態(tài)監(jiān)測與隱患分析貫穿整個設(shè)備運(yùn)行周期，通過數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)共享、運(yùn)用系統(tǒng)自帶的工具對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而實現(xiàn)設(shè)備的精準(zhǔn)監(jiān)控，指導(dǎo)設(shè)備管理人員進(jìn)行有效判斷；（2）改變了原有設(shè)備的常規(guī)檢修思路和方法，從原先常規(guī)檢修模式向以狀態(tài)檢修轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)預(yù)測維修和主動維修，不僅提高設(shè)備綜合運(yùn)行效率，而且可以關(guān)注到設(shè)備的性能是否下降、健康是否衰退、零部件是否磨損、運(yùn)行風(fēng)險是否升高等不可見因素。在工業(yè)4.0時代，我們關(guān)注的已經(jīng)不僅僅是故障的診斷識別，更關(guān)注的是這些不可見因素的避免和透明化呈現(xiàn)，即制造裝備的智能運(yùn)維與健康管理。