煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用

齊婧

（大慶煉化公司，黑龍江 大慶 163411）

現(xiàn)階段煉化企業(yè)煉化動設(shè)備實際運行期間更易受到復(fù)雜因素影響而出現(xiàn)故障問題，需要有序推動狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)網(wǎng)絡(luò)化、智能化、遠程化及實時化發(fā)展，結(jié)合生產(chǎn)現(xiàn)場實際要求，選擇適宜的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)，不斷優(yōu)化故障監(jiān)測系統(tǒng)內(nèi)部功能。

1 煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用重要性

在煉化企業(yè)生產(chǎn)過程中，煉化動設(shè)備是重要生產(chǎn)基礎(chǔ)，占所有設(shè)備的30%。如煉化動設(shè)備故障問題頻繁出現(xiàn)，企業(yè)不僅會面臨較高的運維成本壓力，生產(chǎn)時的質(zhì)量及安全性也將難以得到根本性保障?，F(xiàn)階段煉化企業(yè)對煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷工作的重視力度日漸提升，對煉化動設(shè)備進行前期診斷、控制設(shè)備故障問題發(fā)生幾率已然成為行業(yè)發(fā)展重點。隨煉化裝置逐步趨向于大型化、集成化方向建設(shè)，煉化動設(shè)備種類復(fù)雜，國家及有關(guān)部門對煉化生產(chǎn)期間的安全性、環(huán)保性要求更高。常見煉化動設(shè)備主要包括壓縮機、風(fēng)機、高危泵等，這些設(shè)備長期處于高溫、高壓以及高腐蝕性運行環(huán)境，安全風(fēng)險更高，需要配合使用先進的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)，對設(shè)備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測。對比分析不同階段監(jiān)測信號值，發(fā)現(xiàn)存在于設(shè)備運行環(huán)節(jié)的異常問題，并就此制定出運維管理手段，實現(xiàn)設(shè)備主動維護目標(biāo)。

2 煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

煉化企業(yè)煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)的研究工作起始于20世紀(jì)50～60年代，主要研究重點放置在了大型關(guān)鍵機組的故障診斷中。隨后幾十年間，各發(fā)達國家也陸續(xù)加大了煉化動設(shè)備狀態(tài)診斷技術(shù)的研究力度，開發(fā)出了軸承監(jiān)測技術(shù)、振動監(jiān)測技術(shù)及噪聲監(jiān)測技術(shù)等，使?fàn)顟B(tài)監(jiān)測及故障診斷的精準(zhǔn)度與全面性日漸提升。同時，為更好適應(yīng)煉化企業(yè)生產(chǎn)自動化發(fā)展趨勢，在煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中也使用了RCM理論以及檢修決策方法，進一步奠定了狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)在煉化動設(shè)備管理中的地位。我國狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)的研發(fā)時間較短，但在積極吸收國外發(fā)達國家的技術(shù)及經(jīng)驗后，煉化動設(shè)備故障發(fā)生機理更為清晰，診斷方式種類增多，并形成了理論與實踐融合的交叉學(xué)科，受到了廣大煉化企業(yè)的高度關(guān)注。

就目前來看，煉化動設(shè)備的故障診斷工作主要采用故障數(shù)或故障固定規(guī)則，診斷工作較為固定，難以實現(xiàn)動態(tài)診斷目標(biāo)。因此為從根本上提升煉化動設(shè)備綜合診斷水平，還需要配合使用智能診斷技術(shù)，在模型內(nèi)構(gòu)建多個故障征兆，形成動態(tài)診斷策略。在執(zhí)行設(shè)備診斷流程時，診斷系統(tǒng)可遵照上部執(zhí)行結(jié)果對后續(xù)診斷要點進行動態(tài)調(diào)控，以從根本上提高診斷工作效率。如煉化動設(shè)備經(jīng)過升級改造，智能級綜合診斷系統(tǒng)僅通過更新測試型模型就可滿足改造后的設(shè)備診斷要求。建立設(shè)備測試模型，明確信號與測試之間的對應(yīng)關(guān)系。依照矩陣內(nèi)容，理清維修時間、維修費用、維修人員具體要求。配合使用先進的遺傳算法技術(shù)手段，對裝備診斷方案進行切實優(yōu)化，保障診斷工作高質(zhì)高效開展。

3 煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)主要就是對設(shè)備正常運行期間的各項技術(shù)參數(shù)進行實時監(jiān)測，在監(jiān)測結(jié)果超出安全范圍的情況下，可判定為設(shè)備出現(xiàn)故障或者即將出現(xiàn)故障。通過分析異常數(shù)值、導(dǎo)致異常問題出現(xiàn)的原因，精準(zhǔn)找到設(shè)備異常部位，并制定出更為專項可行的故障維護技術(shù)手段。煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測需要采用合理技術(shù)及設(shè)備識別設(shè)備運行狀態(tài)，利用監(jiān)測儀器等對設(shè)備及生產(chǎn)期間的關(guān)鍵部位開展實時監(jiān)測，獲取完善的信號及數(shù)據(jù)信息。如設(shè)備振動、溫度、壓力值等，在故障發(fā)生前通過采用預(yù)警及管控技術(shù)手段，從根本上降低故障問題發(fā)生幾率。具體而言，煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)主要包括以下幾種。

3.1 振動監(jiān)測技術(shù)

在煉化動設(shè)備中，振動監(jiān)測技術(shù)是較為基礎(chǔ)的狀態(tài)監(jiān)測內(nèi)容，實際應(yīng)用范圍較廣。煉化動設(shè)備的運行狀態(tài)可借助振動情況真實反映出來。以煉化動設(shè)備中的離心泵為例，離心泵軸承磨損、轉(zhuǎn)動零部件老化或松動、齒輪偏心及損壞等故障問題均會引發(fā)振動異常情況，借助振動監(jiān)測設(shè)備能夠及時監(jiān)測出異常信號，預(yù)警迷新泵異常運行狀態(tài)。振動監(jiān)測設(shè)備可收集不同煉化動設(shè)備及煉化動部件振幅、振動頻率等參數(shù)。在低頻范圍內(nèi)的振動可測量實際位移值、中頻范圍內(nèi)的振動可測量振動速度、高頻范圍內(nèi)的振動可測量振動加速度。收集到的振動參數(shù)可用于繪制特征信息圖譜，從而更為精準(zhǔn)的判斷出振動來源以及故障問題發(fā)生部位。特征信息圖譜被應(yīng)用在設(shè)備時域分析及頻率分析中，配合頻譜處理手段，從監(jiān)測信號源內(nèi)提取有價值數(shù)據(jù)。時域分析工作需涉及波形分析、軸心軌跡分析、波德圖瀑布圖分析等內(nèi)容。為消除信號內(nèi)非周期分量以及隨機干擾情況，保留特定周期分量值，也需要使用時域與頻域等方式，將截取信號疊加平均，以提高信號的信噪比。常見振動監(jiān)測設(shè)備主要包括頻譜分析設(shè)備、磁帶記錄設(shè)備、振動傳感裝置以及示波器等。這些設(shè)備可組合成完整的振動監(jiān)測系統(tǒng)，提升振動監(jiān)測與故障分析水平。

3.2 溫度監(jiān)測技術(shù)

溫度也是煉化動設(shè)備故障問題的主要特征參數(shù)，如設(shè)備在運行期間出現(xiàn)異常磨損、變形或者位移等情況均會出現(xiàn)溫度異常升高問題，因此應(yīng)當(dāng)借助監(jiān)測溫度變化方式判斷煉化動設(shè)備運行狀態(tài)?，F(xiàn)階段煉化動設(shè)備的集成化、復(fù)雜化及自動化程度日漸提升，溫度監(jiān)測技術(shù)手段更為完善。如熱電偶技術(shù)、薄膜溫度監(jiān)測技術(shù)、輻射測溫技術(shù)等均可應(yīng)用在設(shè)備溫度測量中，使測量結(jié)果更加全面精準(zhǔn)。由于煉化動設(shè)備運行環(huán)境較為特殊，還需要溫度監(jiān)測裝置能夠滿足極限溫度監(jiān)測、高溫腐蝕介質(zhì)溫度監(jiān)測、氣流溫度監(jiān)測，固體溫度分布監(jiān)測等目標(biāo)，對監(jiān)測人員專業(yè)技能及監(jiān)測原理技術(shù)的掌握情況提出了更高要求。

3.3 壓力監(jiān)測技術(shù)

壓力監(jiān)測技術(shù)主要就是在煉化動設(shè)備的重要參數(shù)節(jié)點中安裝壓力監(jiān)測傳感裝置，實時監(jiān)測設(shè)備運行壓力。在運行系統(tǒng)內(nèi)加裝參數(shù)記錄點，總結(jié)系統(tǒng)運行期間的參數(shù)變化趨勢。壓力監(jiān)測可以及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行時的壓力異常變化情況，例如設(shè)備運行時的過載問題、電路堵塞、安全閥失效等。

通過對比分析設(shè)備運行歷史參數(shù)，制定專項可行運維方案，從根本上控制設(shè)備故障問題發(fā)生幾率。當(dāng)前煉化動設(shè)備均配備了液壓部件，如液壓多路閥、液壓泵、液壓油缸等。此些液壓系統(tǒng)應(yīng)長時間處于高壓環(huán)境下運行，更容易出現(xiàn)故障問題，需要對液壓系統(tǒng)展開全面監(jiān)測，排除設(shè)備運行期間安全隱患，有效控制煉化企業(yè)設(shè)備運維成本。煉化動設(shè)備壓力監(jiān)測由傳感器采集數(shù)據(jù)，借助數(shù)據(jù)線傳輸給數(shù)據(jù)采集模塊，實現(xiàn)模數(shù)轉(zhuǎn)換與邏輯運算目標(biāo)。通信電纜可以將數(shù)據(jù)傳輸給控制主機的服務(wù)器內(nèi)，在服務(wù)器上開展數(shù)據(jù)存儲、運算，使相關(guān)工作人員可利用計算機直接查詢到壓力監(jiān)測結(jié)果。

3.4 油液監(jiān)測技術(shù)

油液監(jiān)測工作主要就是借助采樣分析裝置監(jiān)測設(shè)備潤滑油使用情況，獲得油品的各類性能指標(biāo)，如潤滑油污染情況、潤滑油內(nèi)微粒物質(zhì)特征信息，明確判別設(shè)備潤滑及磨損狀態(tài)，進而判別設(shè)備運行故障問題。煉化動設(shè)備中的油液監(jiān)測技術(shù)涉及學(xué)科較多，借助油液分析結(jié)果也可以確定適宜的換油時機，在設(shè)備運維工作高質(zhì)開展的基礎(chǔ)上加強環(huán)境保護水平，促進煉化企業(yè)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)實現(xiàn)。因煉化動設(shè)備運行時會受到工作環(huán)境、添加劑消耗、金屬表面磨損顆粒進入潤滑油等因素影響，一段時間后的潤滑油品質(zhì)將下降，無法充分發(fā)揮出應(yīng)有潤滑作用，需借助發(fā)射光譜分析、紅外光譜分析、斑點試驗等手段，測量磨粒數(shù)量、尺寸、形態(tài)，判斷設(shè)備磨損問題發(fā)生原因及磨損程度。

4 煉化動設(shè)備故障診斷技術(shù)應(yīng)用流程

故障診斷技術(shù)就是借助狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果，分析各類信號及特征參數(shù)，配合使用先進處理技術(shù)及專家理論，診斷出設(shè)備存在的故障問題與故障問題發(fā)生原因。煉化動設(shè)備主要由轉(zhuǎn)子、軸承、聯(lián)軸節(jié)與基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)組成，如設(shè)備在生產(chǎn)及運行過程中出現(xiàn)故障問題，會引發(fā)振動異常情況，因此振動式故障診斷技術(shù)的重要判別依據(jù)，對設(shè)備故障預(yù)防工作意義重大。相較于溫度、壓力等參數(shù)而言，振動參數(shù)能夠更加直接地反映出機組運行狀態(tài)，是故障診斷的基礎(chǔ)判別依據(jù)。振動監(jiān)測故障診斷工作的開展應(yīng)當(dāng)對比分析頻譜圖中的頻譜分量值與監(jiān)測設(shè)備的正常運行狀態(tài)參數(shù)，明確判斷出故障發(fā)生原因與故障發(fā)生位置。

現(xiàn)有設(shè)備振動故障診斷工作需要涉及暫態(tài)頻域分析、暫態(tài)頻域分析、趨勢分析等內(nèi)容。在暫態(tài)頻率定序過程中，應(yīng)當(dāng)依照頻段的不同了解故障發(fā)生部位。著重關(guān)注高頻譜判別工作，在條件允許的情況下增加振動監(jiān)測裝置數(shù)量。工頻成分較為突出主要是煉化動設(shè)備分軸彎曲、設(shè)備內(nèi)結(jié)構(gòu)角度不對中、基礎(chǔ)松動導(dǎo)致。

隨著故障診斷技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，診斷工作也融合了更為先進的診斷理念與診斷設(shè)備，使煉化動設(shè)備故障診斷工作演變成為新興的綜合性技術(shù)。當(dāng)前故障診斷技術(shù)還應(yīng)與故障預(yù)警結(jié)合在一起，結(jié)合動設(shè)備運行特征、故障診斷期間的具體要求，設(shè)計出功能完善的故障預(yù)測預(yù)警系統(tǒng)，采用功能完善的服務(wù)器及客戶端，系統(tǒng)編程語言使面向?qū)ο蟾訌V泛。采用結(jié)構(gòu)化關(guān)系型數(shù)據(jù)庫，保障數(shù)據(jù)結(jié)果可靠穩(wěn)定。電力動設(shè)備故障診斷中的數(shù)據(jù)處理數(shù)量較多，要求故障診斷應(yīng)當(dāng)滿足更加寬泛的數(shù)據(jù)錄入格式要求，在實際錄入期間應(yīng)當(dāng)使用較少的輸入字段，增強與設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測儀器數(shù)據(jù)格式的兼容性。導(dǎo)出的數(shù)據(jù)格式可以依照規(guī)范要求以及常用格式生成結(jié)果文件，形成更為直觀的圖表資料，數(shù)據(jù)處理效率進一步增強。

故障診斷系統(tǒng)需要具備較強的查詢功能，滿足多條件、多項目組合查詢要求。不僅可以開展最值查詢工作，也可以有序?qū)嵤┚植坎樵兣c整體查詢，使工作人員能夠根據(jù)查詢結(jié)果及時了解到設(shè)備實際運行狀態(tài)。系統(tǒng)內(nèi)部還具備了更加詳盡的報警值，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行環(huán)節(jié)存在著異常問題，提升故障診斷效率。

5 煉化動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)實際應(yīng)用要點

以某煉化企業(yè)的再生風(fēng)機為例。該再生風(fēng)機的功率為250kw，使用膜片式連接軸承。在具體狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷工作開展期間，工作人員在軸承4周布置了監(jiān)測點，并配備了在線監(jiān)測系統(tǒng)。在再生風(fēng)機運行一段時間后，工作人員發(fā)現(xiàn)監(jiān)測評估出現(xiàn)異常情況。監(jiān)測點位置中的振動速幅度上升明顯，風(fēng)機軸承節(jié)側(cè)中的軸承連接處振動聲較大，已經(jīng)形成了操作環(huán)境造成不利影響的噪聲。借助狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)再生風(fēng)機的軸承連接處出現(xiàn)故障問題。經(jīng)過停機監(jiān)測后進一步確定了軸承處的老化現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)振動異常極有可能是因軸承老化較為嚴重而使齒輪的嚙合不良。在更換了軸承與轉(zhuǎn)子設(shè)備后，發(fā)現(xiàn)再生風(fēng)機各項振動參數(shù)已經(jīng)趨于平穩(wěn)，說明設(shè)備故障問題被排除。

6 結(jié)語

總而言之，通過將狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)應(yīng)用在煉化動設(shè)備運行管理過程中，能夠及時監(jiān)測到設(shè)備運行狀態(tài)，找尋到設(shè)備故障發(fā)生部位，從根本上提高設(shè)備運維水平。配合使用測量參數(shù)手段，可以有效進行煉化動設(shè)備故障排查工作，預(yù)報煉化動運行過程中的風(fēng)險問題，明確煉化動設(shè)備運維重點，使煉化動設(shè)備始終處于安全平穩(wěn)的運行狀態(tài)。