石化裝置機(jī)組軸系儀表的應(yīng)用及常見(jiàn)故障處理

劉海洋

(洛陽(yáng)三隆安裝檢修有限公司 , 河南 洛陽(yáng) 471012)

0 前言

中國(guó)石化洛陽(yáng)石化公司兩套催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)氣壓機(jī)軸系儀表應(yīng)用美國(guó)本特利3300/3500系列，由振動(dòng)/位移/轉(zhuǎn)速檢測(cè)探頭、延伸電纜、前置放大器構(gòu)成，測(cè)量信號(hào)引入機(jī)組控制系統(tǒng)CCS實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示、超限報(bào)警或聯(lián)鎖。振動(dòng)/位移/轉(zhuǎn)速檢測(cè)探頭測(cè)量原理上屬于電渦流傳感器類(lèi)型，電渦流傳感器具有長(zhǎng)期工作穩(wěn)定、可靠性高、靈敏度高、非接觸測(cè)量、抗干擾能力強(qiáng)、響應(yīng)速度快、不受油水等介質(zhì)影響的優(yōu)點(diǎn)，可以非接觸方式測(cè)量轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械的軸系振動(dòng)位移轉(zhuǎn)速等狀態(tài)，可有效保護(hù)大型轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械設(shè)備，指導(dǎo)預(yù)測(cè)性維修，因此被廣泛用于對(duì)大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械的軸系狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與報(bào)警聯(lián)鎖。

1 軸系儀表測(cè)量回路構(gòu)成及原理

機(jī)組軸系儀表測(cè)量回路由振動(dòng)/位移/轉(zhuǎn)速檢測(cè)探頭、延伸電纜、前置放大器構(gòu)成，測(cè)量信號(hào)引入機(jī)組控制系統(tǒng)CCS實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)檢測(cè)、顯示、超限報(bào)警或聯(lián)鎖。振動(dòng)/位移/轉(zhuǎn)速檢測(cè)探頭測(cè)量原理上屬于電渦流傳感器類(lèi)型。

1.1 電渦流傳感器——探頭

電渦流傳感器采用的是電渦流原理，是利用被測(cè)量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導(dǎo)致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)量。如圖1所示，電渦流傳感器的探頭端部被置入了一個(gè)扁平的線圈，當(dāng)通有交變電流時(shí)，探頭會(huì)產(chǎn)生一個(gè)交變的磁場(chǎng)H1。此時(shí)把探頭靠近金屬導(dǎo)體，此金屬導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生電渦流，電渦流將產(chǎn)生一個(gè)與探頭產(chǎn)生的磁場(chǎng)方向相反的磁場(chǎng)H2。該磁場(chǎng)會(huì)抵消部分探頭產(chǎn)生的磁場(chǎng)，從而使探頭的有效阻抗發(fā)生變化。通過(guò)測(cè)量阻抗的變化即可測(cè)量探頭與金屬導(dǎo)體的距離d。

圖1 電渦流傳感器的原理

1.2 延伸電纜

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，由于前置放大器的接線盒與探頭安裝位置距離較遠(yuǎn)，探頭自帶電纜很難直接連接到前置放大器，這時(shí)就需要使用延伸電纜。延伸電纜用于傳輸探頭的原始信號(hào)，增加探頭信號(hào)的傳輸距離，并且可以縮短探頭尾部電纜的長(zhǎng)度、便于維護(hù)和安裝。

1.3 前置放大器

電渦流傳感器測(cè)量需要交流信號(hào)的輸入，并且其輸出的阻抗信號(hào)也不能直接被控制系統(tǒng)接收，因此需要一種可以給電渦流傳感器提供交流信號(hào)并且可以將傳感器的輸出信號(hào)轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)可以接收的信號(hào)類(lèi)型的設(shè)備，這就是前置放大器。前置放大器內(nèi)部可以產(chǎn)生高頻電流信號(hào)送往探頭端部的線圈，并將探頭線圈的阻抗變化轉(zhuǎn)換成電壓輸出。

2 軸系儀表的實(shí)際應(yīng)用

按公司主風(fēng)機(jī)氣壓機(jī)軸系儀表實(shí)際應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，不論新品或是機(jī)組檢修利舊回裝，都是先對(duì)軸系儀表校驗(yàn)，校驗(yàn)數(shù)據(jù)符合測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)儀器后，再安裝、調(diào)試。

2.1 探頭的校驗(yàn)

為保證探頭完好能正常使用，在安裝探頭前需要對(duì)探頭進(jìn)行校驗(yàn)并保存記錄以便查驗(yàn)。在校驗(yàn)前，需要對(duì)探頭及其附件進(jìn)行檢查，確保探頭及組成電纜組件完好。探頭端部的保護(hù)層不應(yīng)脫落或有劃痕，緊固件完好，接頭完好無(wú)氧化現(xiàn)象，測(cè)量插針與插頭外殼間的電阻值應(yīng)在7.0～9.0 Ω。如果電阻<1.0 Ω說(shuō)明探頭短路，如果電阻>100 Ω說(shuō)明探頭斷路；檢查延伸電纜完整，無(wú)短路斷路，接頭完好無(wú)氧化現(xiàn)象，保護(hù)層完好無(wú)破損；前置放大器安裝如圖2所示。安裝盒應(yīng)完好，前置放大器與安裝盒之間應(yīng)有完好的屏蔽層，確保信號(hào)電纜屏蔽層接地良好，并單點(diǎn)接地；前置放大器部件完好，功能正常，零點(diǎn)準(zhǔn)確。

圖2 前置放大器安裝示意圖

探頭的校驗(yàn)有靜態(tài)校驗(yàn)和動(dòng)態(tài)校驗(yàn)，都需要使用本特利TK3-2E校驗(yàn)儀，數(shù)字萬(wàn)用表。靜態(tài)校驗(yàn)如圖3所示。校驗(yàn)時(shí)將探頭和延伸電纜連接好，并將延伸電纜的另一端接到前置放大器，前置放大器電源端接入-24VDC電源，萬(wàn)用表正端接COM端，負(fù)端接OUT端。將探頭固定在探頭座上，使探頭頂部接觸到校驗(yàn)靶片，調(diào)節(jié)校驗(yàn)儀上的螺旋千分尺，記下初始的示值(最好將初始的示值控制在0)，每次增加0.25 mm，直到螺旋千分尺示值為2.5 mm，記錄每次的輸出電壓值。以公司氣壓機(jī)軸位移ZT-01為例，其探頭靜態(tài)校驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。當(dāng)探頭間隙在0.25～2.5 mm內(nèi)，其輸出值為接近線性。

圖3 探頭的靜態(tài)校驗(yàn)示意圖

表1 電渦流傳感器校驗(yàn)數(shù)據(jù)表

探頭傳感器動(dòng)態(tài)校驗(yàn)回路圖見(jiàn)圖4。將探頭固定在設(shè)備上，將具有刻度盤(pán)的千分尺安裝在搖臂架上，轉(zhuǎn)動(dòng)到相應(yīng)的位置，測(cè)量其與轉(zhuǎn)子斜面盤(pán)的間隙大小。固定好探頭，調(diào)整振幅范圍為0.05～0.25 mm。用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量其電壓輸出值，將其與標(biāo)準(zhǔn)值對(duì)比，判斷探頭性能的符合性。

圖4 探頭動(dòng)態(tài)校驗(yàn)

2.2 振動(dòng)探頭的安裝

振動(dòng)探頭的安裝，應(yīng)保證測(cè)量軸表面光潔，不能存在刻痕，否則會(huì)影響探頭的測(cè)量，因此在安裝探頭之前，應(yīng)該與鉗工共同確認(rèn)軸表面的光潔程度，如果存在刻痕應(yīng)對(duì)軸重新打磨。安裝振動(dòng)探頭之前，應(yīng)保證安裝孔內(nèi)無(wú)異物堵塞，機(jī)組檢修時(shí)，應(yīng)對(duì)安裝孔做好封堵，防止異物進(jìn)入安裝孔，如果是螺紋安裝孔應(yīng)保證螺紋良好。在把探頭擰入固定支架時(shí)，應(yīng)保證探頭電纜隨探頭自由轉(zhuǎn)動(dòng)，不能有扭力。安裝時(shí)先將探頭裝入安裝孔，然后將探頭、延伸電纜、前置放大器連接好，數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量前置放大器的輸出電壓，根據(jù)校驗(yàn)記錄，緩慢調(diào)整探頭，使萬(wàn)用表指示的電壓大概為間隙-電壓曲線線性范圍中間值的電壓，經(jīng)驗(yàn)值額定電壓為9 V，然后將探頭支架固定好即可完成振動(dòng)探頭的安裝。

2.3 位移探頭的安裝

位移探頭的安裝應(yīng)與專(zhuān)業(yè)人員配合，機(jī)組安裝或檢修完成尚未安裝聯(lián)軸節(jié)時(shí)，由專(zhuān)業(yè)人員把軸撬到零位參考位置。此位置一般為軸位移量的中間位置，將探頭、延伸電纜、前置放大器連接好并連接萬(wàn)用表，觀察萬(wàn)用表示值，將探頭安裝在探頭特性曲線線性區(qū)間的中點(diǎn)位置，經(jīng)驗(yàn)值額定電壓為10 V。探頭安裝完成后，由專(zhuān)業(yè)人員配合將軸撬到非零位參考位置的兩端，觀察監(jiān)控畫(huà)面所指示的上下行竄量是否與鉗工人員用千分表測(cè)得的一致，若一致則完成位移探頭的安裝，若不一致則需分析原因，再次調(diào)整探頭安裝位置，直到結(jié)果一致。

2.4 探頭及附件安裝注意事項(xiàng)

探頭和延伸電纜安裝時(shí)應(yīng)注意探頭所帶電纜的長(zhǎng)度和延伸電纜的長(zhǎng)度之和不能超過(guò)前置放大器允許的最大長(zhǎng)度，如果探頭或延伸電纜故障需要更換時(shí)不能改變?cè)虚L(zhǎng)度，否則會(huì)造成測(cè)量不準(zhǔn)。探頭選型時(shí)，應(yīng)保證探頭與延伸電纜的連接處位于機(jī)殼的外部，這樣可避免連接處轉(zhuǎn)換頭被機(jī)器內(nèi)部的潤(rùn)滑油污染，另外應(yīng)使探頭與延伸電纜的連接處位于就近的接線盒內(nèi)，不能置于穿線管中，方便維護(hù)和更換探頭或延伸電纜。

為了防止在安裝過(guò)程中損壞接頭和電纜，避免接頭與穿線管或機(jī)殼接觸，加強(qiáng)接頭的密封性，對(duì)電纜和接頭要進(jìn)行外套熱縮管或使用聚四氟乙烯密封帶纏繞后穿線安裝，但是不能用帶有黏性的電工膠布纏繞絕緣接頭，因?yàn)橛挽F會(huì)溶解膠帶上的黏性物，從而導(dǎo)致密封不嚴(yán)。

3 機(jī)組軸系儀表常見(jiàn)故障與處理

振動(dòng)和位移的準(zhǔn)確測(cè)量對(duì)于機(jī)組的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，一般振動(dòng)和位移探頭都是成對(duì)安裝的，并且多數(shù)都設(shè)有報(bào)警、聯(lián)鎖，如果其中一個(gè)不正常，需要及時(shí)處理。此時(shí)若觀察其他工藝參數(shù)正常且另一個(gè)探頭顯示沒(méi)有問(wèn)題，就可以判斷該探頭測(cè)量故障。

3.1 測(cè)量線路問(wèn)題與排查

軸系儀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)回路如圖5所示。

圖5 電渦流傳感器系統(tǒng)連接圖

引起故障的原因有以下幾個(gè)方面：探頭與延伸電纜的連接處松動(dòng)或接地，延伸電纜與前置放大器連接松動(dòng)，前置放大器接線松動(dòng)。這時(shí)就要逐一檢查，在檢查前，如果儀表有聯(lián)鎖先摘除聯(lián)鎖。檢查探頭與延伸電纜處的熱縮管或聚四氟乙烯密封帶有沒(méi)有破損，連接處有沒(méi)有接地，連接處是否松動(dòng)，若有這些情況，緊固連接處并用熱縮管或聚四氟乙烯密封帶重新包裹纏繞連接處。檢查延伸電纜與前置放大器連接處是否松動(dòng)，如果松動(dòng)則重新緊固。檢查前置放大器接線有沒(méi)有松動(dòng)，端子有是否有腐蝕的現(xiàn)象，如果這些問(wèn)題，重新緊固端子，若端子生銹則需要對(duì)端子除銹。在排除以上原因之后，還應(yīng)考慮前置放大器的供電是否正常。測(cè)量電壓，當(dāng)測(cè)量回路有安全柵時(shí)，電壓正常范圍為-26～-23.5 V，沒(méi)有安全柵時(shí)正常范圍應(yīng)為-26～-17.5 V，若電壓不在范圍內(nèi)，應(yīng)檢查供電線路有無(wú)異常以及系統(tǒng)供電是否異常。

3.2 探頭及其附件問(wèn)題排查

首先檢查探頭，脫開(kāi)探頭與延伸電纜的連接，測(cè)量探頭的電阻是否正常，電阻正常值如表2所示。若電阻異常，需要停下機(jī)組更換同型號(hào)探頭。檢查延伸電纜，脫開(kāi)延伸電纜與前置放大器和探頭的連接，測(cè)量延伸電纜兩端內(nèi)芯阻值和兩端外芯阻值，正常阻值如表3所示。若阻值不在正常范圍，則應(yīng)更換同型號(hào)延伸電纜。檢查探頭和延伸電纜無(wú)故障后應(yīng)檢查前置放大器，先將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)連接好，用萬(wàn)用表測(cè)量前置放大器輸出端，脫開(kāi)延伸電纜與前置放大器的連接，觀察萬(wàn)用表的示數(shù)有無(wú)變化；若無(wú)變化，則前置放大器故障，更換同型號(hào)前置放大器。

表2 探頭阻值表

表3 延伸電纜阻值表

3.3 軸系儀表典型干擾問(wèn)題及解決

二催化裝置主風(fēng)機(jī)首次安裝開(kāi)機(jī)后，出現(xiàn)多次軸系儀表測(cè)量瞬間跳動(dòng)、超限聯(lián)鎖停機(jī)現(xiàn)象。為了保證機(jī)組正常運(yùn)行，采取摘除軸系儀表聯(lián)鎖方式。運(yùn)行一個(gè)周期后，排查出測(cè)量瞬間跳動(dòng)的原因，是施工單位為了施工穿管方便，把多芯電纜外層保護(hù)皮剝掉了，裸露的屏蔽層與金屬管接觸，形成多點(diǎn)對(duì)地，失去了信號(hào)干擾防護(hù)屏障。為了解決問(wèn)題，重新更換新的信號(hào)線，開(kāi)機(jī)運(yùn)行以后，再?zèng)]有出現(xiàn)過(guò)干擾導(dǎo)致軸系儀表測(cè)量的問(wèn)題。

3.4 軸系監(jiān)測(cè)誤報(bào)問(wèn)題與預(yù)防

由于測(cè)量回路中接線松動(dòng)、接觸不良、干擾、線路烤壞等原因，導(dǎo)致軸系儀表出現(xiàn)振動(dòng)、位移波動(dòng)、瞬間跳動(dòng)等失靈情況，出現(xiàn)誤報(bào)警或錯(cuò)誤聯(lián)鎖，造成機(jī)組停機(jī)，切斷進(jìn)料。

為預(yù)防軸系儀表測(cè)量失靈或誤報(bào)的情況，采取了聯(lián)鎖觸發(fā)時(shí)間延遲3 s，聯(lián)鎖邏輯改為“二取二”，避免了多次軸系儀表測(cè)量誤報(bào)造成的機(jī)組停車(chē)。

3.5 煙機(jī)非聯(lián)軸端振動(dòng)探頭及延伸電纜經(jīng)常高溫烤壞故障與解決方法

一催化主風(fēng)機(jī)煙機(jī)非連軸端蝸殼振動(dòng)探頭原安裝方式為通過(guò)支架固定安裝在蝸殼預(yù)留的安裝孔，但是在煙機(jī)運(yùn)行過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致蝸殼溫度過(guò)高，出現(xiàn)烤壞探頭及延伸電纜的現(xiàn)象。解決方案是通過(guò)改造將探頭安裝位置移至蝸殼內(nèi)部。改造方案中，探頭固定架制作要求：①板材加工后厚度為10 mm，用L250角鋼整體加工成型，兩平面的垂直角度偏差≤0.02 mm，表面粗糙度Ra≤3.2 μm。②支架的螺栓絲孔為M8 mm×1.25 mm，深度為20 mm，探頭內(nèi)孔螺栓M10 mm×1 mm，支架兩個(gè)螺栓孔在探頭螺栓孔中心線兩邊對(duì)稱(chēng)布置，各螺帽均需要配套防松墊片。③支架在探頭垂直微調(diào)后涂抹固持膠進(jìn)行固定或?qū)χЪ苓M(jìn)行電焊固定。

4 結(jié)論

大型機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)軸系儀表采用本特利等主流進(jìn)口品牌產(chǎn)品，儀表性能穩(wěn)定質(zhì)量可靠，軸系儀表應(yīng)用中常見(jiàn)故障大部分是接線松動(dòng)或線路烤壞等問(wèn)題，安裝質(zhì)量或安裝方式等問(wèn)題。因此在安裝探頭時(shí)要注意正確安裝，以及做好對(duì)探頭和延伸電纜的保護(hù)，并且在安裝前和機(jī)組檢修拆除探頭后要及時(shí)做好探頭的校驗(yàn)，如果發(fā)現(xiàn)校驗(yàn)數(shù)據(jù)不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，排查原因后及時(shí)更換探頭或附件。

為了提高儀表檢維修人員對(duì)軸系儀表的安裝技能，2021年11月，培訓(xùn)基地安裝了兩臺(tái)壓縮機(jī)，裝配了本特利的振動(dòng)/位移/轉(zhuǎn)速等軸系儀表，搭建了實(shí)訓(xùn)平臺(tái)，并制定了2022年作業(yè)層員工軸系儀表專(zhuān)項(xiàng)安裝與調(diào)試培訓(xùn)計(jì)劃，大大提升了公司對(duì)大型機(jī)組軸系儀表安裝檢修及維護(hù)水平。