遠(yuǎn)程智能無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在煉化領(lǐng)域的應(yīng)用研究

江嘉勇，韓旭

（1.中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315100；2.中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300450）

1 前言

傳統(tǒng)煉化行業(yè)現(xiàn)行的維保工作基本以巡檢為主，以時(shí)間軸為監(jiān)控依據(jù)。傳統(tǒng)點(diǎn)檢模式雖然能在一定程度上保證設(shè)備的安全運(yùn)行，但是避免不了大量的維護(hù)工作。并且在點(diǎn)巡檢過(guò)程中通常也只能發(fā)現(xiàn)晚期故障，畢竟設(shè)備一旦能夠通過(guò)感官判斷，其必然已經(jīng)瀕臨失效，快速的劣化以及突發(fā)性的故障依舊難以被發(fā)現(xiàn)。關(guān)鍵設(shè)備的檢修經(jīng)常被錯(cuò)過(guò)最佳的檢修時(shí)間，從而導(dǎo)致失效或者二次損傷，大型的煉化企業(yè)于裝置維護(hù)的費(fèi)用動(dòng)輒上億元，關(guān)鍵設(shè)備的維護(hù)成本也高達(dá)數(shù)千萬(wàn)。目前中海油煉化企業(yè)，在上級(jí)公司完成性管理的號(hào)召下，已經(jīng)從傳統(tǒng)巡檢向關(guān)鍵機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)覆蓋與泵群定期離線狀態(tài)監(jiān)測(cè)相結(jié)合的模式轉(zhuǎn)型，但在實(shí)施中發(fā)現(xiàn)定期離線監(jiān)測(cè)模式在遏制突發(fā)故障中，時(shí)效性無(wú)法滿足，經(jīng)摸索與行業(yè)內(nèi)借鑒，對(duì)廠內(nèi)關(guān)鍵機(jī)泵群設(shè)備進(jìn)行無(wú)線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝并應(yīng)用。

2 重要設(shè)備遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)的必要性

（1）針對(duì)關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的大數(shù)據(jù)獲取，能夠讓診斷工程師可提前判斷設(shè)備故障，通過(guò)完備的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)的診斷，精準(zhǔn)判斷故障原因，預(yù)測(cè)設(shè)備故障的劣化趨勢(shì)，達(dá)到設(shè)備壽命的預(yù)測(cè)，檢修的決策將臨時(shí)、非計(jì)劃停機(jī)轉(zhuǎn)變成預(yù)知性維修，降低非計(jì)劃停機(jī)占比。

（2）降低現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)人員的工作量，減輕巡檢技術(shù)員的工作壓力，設(shè)備點(diǎn)檢的壓力由設(shè)備管理技術(shù)人員向廠內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心后臺(tái)診斷工程師轉(zhuǎn)移，診斷工程師將有更豐富的時(shí)間對(duì)廠內(nèi)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行精準(zhǔn)的分析。

（3）結(jié)束檢修后設(shè)備的狀態(tài)評(píng)估：設(shè)備完成故障檢修之后，通過(guò)遠(yuǎn)程智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，大榭石化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心診斷工程師可對(duì)現(xiàn)場(chǎng)或第三方維保單位的檢修質(zhì)量進(jìn)行后評(píng)估，確保設(shè)備檢修達(dá)到預(yù)期。

3 無(wú)線遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)施

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

中海油大榭石化動(dòng)設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)共由三級(jí)組成，采用分布式架構(gòu)設(shè)計(jì)，保證系統(tǒng)良好的擴(kuò)展性。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集層級(jí)：無(wú)線監(jiān)測(cè)器（加速度傳感器）進(jìn)行原始數(shù)據(jù)采集，通過(guò)內(nèi)置處理模塊，將數(shù)據(jù)處理打包，并傳輸至現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)關(guān)之中，無(wú)線網(wǎng)關(guān)通過(guò)4G、WiFi、光纖等方式傳輸至現(xiàn)場(chǎng)裝置級(jí)服務(wù)器。

現(xiàn)場(chǎng)智能狀態(tài)監(jiān)測(cè)層級(jí)：在廠內(nèi)機(jī)房布置1套專(zhuān)業(yè)服務(wù)器，用于存貯從現(xiàn)場(chǎng)無(wú)線網(wǎng)關(guān)傳回的設(shè)備采集數(shù)據(jù)，廠內(nèi)各類(lèi)相關(guān)技術(shù)人員，均可通過(guò)電腦終端以WEB、客戶端軟件等方式訪問(wèn)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)了解被監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。

遠(yuǎn)程智能診斷中心層級(jí)：中海油大榭石化成立的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心遠(yuǎn)程診斷工程師、專(zhuān)家可對(duì)所有納入監(jiān)測(cè)的設(shè)備進(jìn)行全年無(wú)間斷值守。

3.2 系統(tǒng)運(yùn)行模式

中海油大榭石化無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過(guò)在ISO對(duì)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)標(biāo)準(zhǔn)要求中測(cè)點(diǎn)部位安裝無(wú)線監(jiān)測(cè)傳感器，進(jìn)行設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集，同時(shí)通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)匯集傳輸?shù)谋O(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)，并根據(jù)機(jī)組的運(yùn)行的實(shí)施狀態(tài)來(lái)配置針對(duì)性的數(shù)據(jù)采集策略，并應(yīng)用大數(shù)據(jù)、智能算法等主流方法形成報(bào)警策略，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)組的運(yùn)行異常狀態(tài)，并實(shí)現(xiàn)異常狀態(tài)、報(bào)警的自動(dòng)推送。

3.3 現(xiàn)場(chǎng)安裝

大榭石化機(jī)泵群在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由無(wú)線監(jiān)測(cè)器、無(wú)線網(wǎng)關(guān)和狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析系統(tǒng)軟件組成，無(wú)線監(jiān)測(cè)器通過(guò)“磁座+膠水粘接”固定在機(jī)泵的關(guān)鍵部位，無(wú)線監(jiān)測(cè)器采集設(shè)備的振動(dòng)、溫度數(shù)據(jù)，通過(guò)加密的無(wú)線傳輸協(xié)議將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸至無(wú)線網(wǎng)關(guān)，無(wú)線網(wǎng)關(guān)接收各傳感器采集的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；無(wú)線網(wǎng)關(guān)以4G、光纖等通訊方式，將接收的數(shù)據(jù)經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)局域網(wǎng)最終傳輸?shù)叫畔⒅行牡姆?wù)器。

3.3.1 傳感器安裝

根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)ISO 10816-3第三部分測(cè)量方法與操作條件中第二節(jié)規(guī)定：振動(dòng)測(cè)量的位置與方向必須對(duì)于測(cè)量機(jī)器的動(dòng)態(tài)力要有足夠的靈敏度典型情況下需要在每一個(gè)軸承蓋或軸承座兩個(gè)相互正交的徑向位置進(jìn)行測(cè)量，由于是在線連續(xù)監(jiān)測(cè)，考慮到實(shí)際應(yīng)用中電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承承載位置被冷卻風(fēng)扇外罩遮擋，傳感器安裝不便，需要滿足并保證監(jiān)測(cè)需求的同時(shí)結(jié)合企業(yè)設(shè)備結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

傳感器通過(guò)“工業(yè)膠水與磁吸”的方式安裝在ISO規(guī)定的狀態(tài)監(jiān)測(cè)關(guān)鍵位置。通過(guò)“工業(yè)膠水與磁吸”的方式安裝，傳感器安裝位置處設(shè)備表面需進(jìn)行打磨處理，并清理油污及灰塵，確保粘接牢固，測(cè)點(diǎn)打磨成圓形面（Φ30mm）。

3.3.2 無(wú)線網(wǎng)關(guān)安裝

無(wú)線網(wǎng)關(guān)通過(guò)焊接支架的方式安裝在機(jī)泵附近的鋼梁或結(jié)構(gòu)件上，支架采用不銹鋼結(jié)構(gòu)。

3.3.3 聯(lián)合調(diào)試

無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在投入運(yùn)行前，將進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試。系統(tǒng)聯(lián)合調(diào)試將完成下列內(nèi)容：

（1）傳感器調(diào)試：傳感器的直流偏置電壓正常，通訊質(zhì)量值正常，在線監(jiān)測(cè)站的狀態(tài)正常。

（2）監(jiān)測(cè)站調(diào)試：監(jiān)測(cè)站運(yùn)行正常，采集數(shù)據(jù)正常、連接正常、無(wú)重啟。

（3）網(wǎng)絡(luò)調(diào)試：網(wǎng)絡(luò)通訊運(yùn)行穩(wěn)定，無(wú)丟包、相關(guān)MAC地址綁定。數(shù)據(jù)調(diào)試：確保常規(guī)振動(dòng)量數(shù)據(jù)按設(shè)定的時(shí)間隔離上傳，無(wú)誤信號(hào)、無(wú)丟包。確保長(zhǎng)時(shí)域波形上傳正常，報(bào)警觸發(fā)長(zhǎng)時(shí)域波形上傳正常。

（4）服務(wù)器調(diào)試：服務(wù)器連接監(jiān)測(cè)站正常，系統(tǒng)運(yùn)行正常，數(shù)據(jù)采集及回傳大榭石化遠(yuǎn)程診斷中心正常。

（5）客戶端調(diào)試：用戶訪問(wèn)服務(wù)器系統(tǒng)正常。

3.4 泵群狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)部署與使用

智能在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，可滿足現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理與巡檢人員的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷分析需求，通過(guò)該系統(tǒng)硬件與軟件組成的分析工具，可判斷機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，精準(zhǔn)定位故障部位、故障原因、故障劣化的趨勢(shì)與模式。為后臺(tái)的故障診斷工程師提供了各類(lèi)分析方法包括：趨勢(shì)分析、時(shí)域波形分析、頻譜分析、多頻譜多時(shí)域分析、包絡(luò)分析、伯德圖分析等。

系統(tǒng)必須針對(duì)設(shè)備能夠進(jìn)行集中遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)。通過(guò)該系統(tǒng)平臺(tái)，可以通過(guò)智能報(bào)警策略，及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備異常，并通過(guò)遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診功能，實(shí)現(xiàn)機(jī)組狀態(tài)的精準(zhǔn)分析，找出問(wèn)題的根源以及存在的潛在故障，避免由于潛在故障以及批量問(wèn)題停機(jī)造成的巨大經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)通過(guò)對(duì)潛在故障根源的分析以及損傷部件的壽命預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)機(jī)械部件最大限度利用。專(zhuān)家通過(guò)出具體檢報(bào)告和診斷報(bào)告，進(jìn)而指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)檢維修動(dòng)作。

4 案例

在以離心泵、風(fēng)機(jī)、螺桿機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械中，為了提高設(shè)備的工作效率，在設(shè)計(jì)上逐漸把軸封、密封、油封間隙和葉片頂隙等設(shè)計(jì)得越來(lái)越精密，目的是防止介質(zhì)泄漏。然而，過(guò)小的間隙也會(huì)引起流體動(dòng)力激振，并且還會(huì)發(fā)生動(dòng)靜部件的異常配合，引起摩擦。密封力作用、轉(zhuǎn)子的對(duì)中不良等原因引起高振后，輕者導(dǎo)致動(dòng)靜部件的摩擦失效，嚴(yán)重的情況下發(fā)生轉(zhuǎn)子與定子（隔板等）的碰磨，最終釀成嚴(yán)重的惡性事故。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，碰磨的初期會(huì)產(chǎn)生異常的振動(dòng)，設(shè)備在非計(jì)劃停機(jī)拆檢之前卻找不出異常振動(dòng)根本原因。因此，必須了解干摩擦激振的故障特征，以便及時(shí)對(duì)這類(lèi)故障做出診斷，防止更大事故的發(fā)生。

案例詳解：故障日期是2020年11月；設(shè)備名稱(chēng)是提升管進(jìn)料泵，主要參數(shù)見(jiàn)表1。

表1

故障表現(xiàn)：泵端速度頻譜表現(xiàn)為工頻及其多次諧波，葉輪通過(guò)頻率幅值較突出，振動(dòng)速度值較高。時(shí)域波形沖擊明顯，設(shè)備異常，轉(zhuǎn)頻周期性沖擊、判斷為碰磨，碰磨位置為泵驅(qū)動(dòng)端，軸與油封之間碰磨。

維修維護(hù)建議：機(jī)組應(yīng)謹(jǐn)慎運(yùn)行，關(guān)注振動(dòng)及軸承溫度變化，準(zhǔn)備切換備機(jī)，檢查軸與油封之間碰磨情況。

拆檢驗(yàn)證：經(jīng)停機(jī)驗(yàn)證，端蓋與油封間碰磨。

5 應(yīng)用的意義

遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)施，可以實(shí)時(shí)獲知受控機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備全生命周期中各個(gè)環(huán)節(jié)的安全監(jiān)測(cè)，也實(shí)現(xiàn)了企業(yè)由流程驅(qū)動(dòng)型管理向數(shù)據(jù)化、信息化驅(qū)動(dòng)管理的現(xiàn)代化模式變革，是企業(yè)對(duì)設(shè)備管理模式的升級(jí)。

5.1 無(wú)線監(jiān)測(cè)器便捷的安裝施工與維護(hù)

中海油大榭石化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷中心智能無(wú)線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用工業(yè)頻段設(shè)計(jì)，抗干擾能力強(qiáng)，數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸距離遠(yuǎn)，系統(tǒng)實(shí)施僅需電源線鋪設(shè)，監(jiān)測(cè)器與數(shù)據(jù)采集單元間信息傳輸及與服務(wù)器間數(shù)據(jù)傳輸全部“零”線纜鋪設(shè)。

智能無(wú)線監(jiān)測(cè)器采用磁座+強(qiáng)力粘接的無(wú)損安裝方式，同時(shí)配合2年使用壽命的大容量電池，降低了現(xiàn)場(chǎng)實(shí)施與維護(hù)成本，簡(jiǎn)化了現(xiàn)場(chǎng)檢維修工作。

5.2 多參數(shù)同步采集

無(wú)線傳感器可以實(shí)現(xiàn)對(duì)多參數(shù)的同步采集，通過(guò)對(duì)工藝量、溫度、振動(dòng)等數(shù)據(jù)的多重監(jiān)測(cè)，在常見(jiàn)的機(jī)械與電氣故障實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，結(jié)合設(shè)備工況、中控?cái)?shù)據(jù)等實(shí)現(xiàn)了機(jī)組突發(fā)性故障的預(yù)判。

5.3 智能數(shù)據(jù)采集、智能報(bào)警

用智能無(wú)線監(jiān)測(cè)器，實(shí)現(xiàn)機(jī)組振動(dòng)、溫度信號(hào)的自動(dòng)采集、處理與傳輸，異常設(shè)備的數(shù)據(jù)采集策略自動(dòng)調(diào)節(jié)，輕松實(shí)現(xiàn)設(shè)備無(wú)人值守監(jiān)測(cè)。系統(tǒng)通過(guò)多種信號(hào)、多種報(bào)警機(jī)制相結(jié)合的智能報(bào)警體系，確保異常設(shè)備報(bào)警信息的準(zhǔn)確性與及時(shí)性，實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)測(cè)設(shè)備的安全看護(hù)。

5.4 長(zhǎng)波形采集

對(duì)于減速箱低速級(jí)等低轉(zhuǎn)速的部件監(jiān)測(cè)而言，是業(yè)內(nèi)公認(rèn)的監(jiān)測(cè)難點(diǎn)，針對(duì)低速變載設(shè)備的運(yùn)行特點(diǎn)，針對(duì)性地開(kāi)發(fā)了長(zhǎng)波形采集技術(shù)，單條數(shù)據(jù)最長(zhǎng)可達(dá)2m，以20k分析頻率計(jì)算，單條波形數(shù)據(jù)可連續(xù)采集40.96s，可以記錄多個(gè)故障周期。該技術(shù)對(duì)于軸承故障的發(fā)現(xiàn)和精確定位十分重要。而業(yè)內(nèi)同行單條數(shù)據(jù)多在s級(jí)或ms級(jí)，從技術(shù)角度上難以精確定位故障。

5.5 個(gè)性化“遠(yuǎn)程聽(tīng)筒”功能

基于自身在長(zhǎng)波形采集特色技術(shù)上的優(yōu)勢(shì)，利用智能算法針對(duì)性開(kāi)發(fā)了遠(yuǎn)程聽(tīng)筒功能，將持續(xù)數(shù)分鐘的長(zhǎng)波形，轉(zhuǎn)換成聲音信號(hào)播放出來(lái)，對(duì)于輔助判斷減速箱低速齒故障定位有重要意義，同時(shí)遠(yuǎn)程聽(tīng)筒功能的開(kāi)發(fā)，使得現(xiàn)場(chǎng)人員在辦公室即可實(shí)現(xiàn)設(shè)備側(cè)運(yùn)行的監(jiān)聽(tīng)，極大節(jié)約現(xiàn)場(chǎng)點(diǎn)巡檢人員的工作量。

6 結(jié)語(yǔ)

泵群無(wú)線遠(yuǎn)程智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不僅是一套軟硬件系統(tǒng)工具，對(duì)企業(yè)來(lái)說(shuō)真正有價(jià)值是“看住設(shè)備”，因此系統(tǒng)只是為煉化企業(yè)服務(wù)的載體和開(kāi)端，持續(xù)的進(jìn)行應(yīng)用與培養(yǎng)廠內(nèi)專(zhuān)業(yè)的人才來(lái)進(jìn)行專(zhuān)業(yè)診斷服務(wù)才是系統(tǒng)真正的價(jià)值所在。因此，中海油大榭石化遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的建立，同步也使廠內(nèi)設(shè)備工程師不斷通過(guò)培訓(xùn)、學(xué)習(xí)強(qiáng)化自身的故障診斷能力，不僅保證能夠良好的應(yīng)用該技術(shù)，在診斷水平上更是持續(xù)提升，不遺余力確保廠內(nèi)所有監(jiān)控設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，因此提供高附加值故障診斷服務(wù)。

通過(guò)該系統(tǒng)的應(yīng)用：

（1）報(bào)警響應(yīng)的主動(dòng)性：積極應(yīng)對(duì)異常設(shè)備報(bào)警，對(duì)于各運(yùn)行部提出的設(shè)備疑惑及時(shí)解答，轉(zhuǎn)變?yōu)椤邦檰?wèn)式”診斷服務(wù)，報(bào)警處理更提前，診斷正確率更高。

（2）診斷結(jié)論的準(zhǔn)確性：診斷結(jié)論作為各運(yùn)行部檢修動(dòng)作的指導(dǎo)性依據(jù)，必須具備方向明確，結(jié)論清晰的特點(diǎn)，如果沒(méi)有該系統(tǒng)，通過(guò)感官、巡檢判斷將結(jié)論模糊化，將結(jié)論的對(duì)錯(cuò)判斷掩飾為選擇題，則診斷結(jié)論的意義檢維修的價(jià)值就將大打折扣，通過(guò)系統(tǒng)智能預(yù)警結(jié)合專(zhuān)業(yè)工程師的經(jīng)驗(yàn)診斷分析，能夠做到結(jié)論清晰，指導(dǎo)性強(qiáng)，能夠?yàn)檫\(yùn)行部的檢維護(hù)動(dòng)作，提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)。

（3）意見(jiàn)反饋的及時(shí)性：得出故障結(jié)論和處理意見(jiàn)后，通過(guò)對(duì)講機(jī)、內(nèi)部通訊系統(tǒng)等多種手段通知現(xiàn)場(chǎng)。與傳統(tǒng)巡檢相比，有效避免故障進(jìn)一步劣化和二次損傷。

（4）設(shè)備看護(hù)的針對(duì)性：以運(yùn)行狀態(tài)為基礎(chǔ)，對(duì)機(jī)組進(jìn)行“三等級(jí)”劃分：一般、關(guān)注、缺陷，“關(guān)注”設(shè)備1周1看，“缺陷”設(shè)備1天1看。

（5）服務(wù)溝通的持續(xù)性：從早期故障的捕獲開(kāi)始就與和運(yùn)行部持續(xù)溝通，直至最后檢修計(jì)劃下達(dá)。結(jié)合生產(chǎn)的需求，參與現(xiàn)場(chǎng)檢修，驗(yàn)證診斷的正確性，形成不間斷的閉環(huán)管理