淺談風機振動儀表監測系統的設計

潘程蘭(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

淺談風機振動儀表監測系統的設計

潘程蘭
(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

風機上的軸系儀表數量少且種類單一，通常僅設置振動檢測點，其監測系統的配置值得探討。以CFB鍋爐三大風機為例，簡述三大風機的重要作用及風機振動測點的設置；結合工程設計及現場實踐，詳細地介紹CFB爐三大風機振動儀表監測系統的配置，提出了兩種方案及幾點建議。

風機振動儀表 監測系統 風機

為了保證泵、風機等旋轉設備的安全運行，工廠對旋轉設備的監控越來越重視，軸系儀表及其系統也得到了普遍的應用。軸系儀表因測量原理及系統組成不同于常規儀表，在工程項目設計過程中，往往需單獨考慮。同時，隨著工廠集成化和智能化要求的提高，機組監測系統MMS(Machine Monitoring System)也得到了一定程度的應用。

由于旋轉設備的監控復雜程度、重要性等因素，不同的旋轉設備應采取不同的系統配置方式。對于大型復雜的旋轉設備，成熟的框架模塊結構已被各方接受，本文主要介紹風機及其振動儀表監測系統的設計。

1 CFB三大風機及振動測點簡介

通常，循環流化床CFB(Circulating Fluidized Bed)鍋爐主要配置3臺風機： 一次風機、二次風機和引風機。CFB爐的一次風由一次風機供給，主要用于流化爐內物料，同時提供爐膛下部密相區燃料燃燒所需要的O2。CFB爐的二次風由二次風機供給，除了補充爐內燃料燃燒所需要的O2并加強物料的混合均勻外，還能適當調整爐內溫度場的分布，起到防止局部煙氣溫度過高、降低NOX排放量的作用。一次風機和二次風機為CFB爐提供流化風、燃燒用風及火上風。引風機的作用是將燃燒產生的煙氣從爐膛中抽出，并經煙囪排入大氣。CFB爐的燃燒要求以上各風機的風量隨需要及時調整，以保證配風比合適，維持爐膛內穩定，保證鍋爐正常高效燃燒，并保證鍋爐供汽。所以，風機的安全運行對CFB爐的長期穩定運行起著至關重要的作用。

旋轉設備的所有故障中，振動故障出現的頻率最高，由于振動信號易獲得，在不影響機組運行的情況下易于實現在線監測。通常在三大風機的每個軸承上設置2支互成90°的振動傳感器，多數選用磁電速度式或壓電速度式傳感器。而且風機軸承振動都設報警值和聯鎖值，超過聯鎖值，要求控制系統立即停機。

2 監測系統設計方案介紹

風機上的軸系儀表數量少且種類單一，有的采用振動變送器，將振動傳感器的電壓信號轉化為4～20 mA信號，雖能滿足DCS監測的需要，但無法提供保護接點輸出。某些國外廠家的振動變送器還可提供動態信號，但緩沖輸出僅供現場診斷，無法為MMS提供實時數據和狀態信息，因而無法滿足工廠集成化和智能化的管理需求。有些風機軸系儀表采用Bently Nevada振動傳感器，并配置Nevada 3500系統，無論是從系統兼容性還是先進性方面，均具有很大的優勢。但是，考慮到項目投資，需要采用高成本的配置，業主通常難以接受。

筆者以實際工程項目為例，從系統設計的角度介紹兩種不同的配置方案，供大家參考。

2.1采用監視器的方案

以某大型煉化一體化項目配套熱電工程為例。該項目某臺CFB爐設置了1臺一次風機、1臺二次風機和1臺引風機，均采用離心式風機。每臺風機就地設置了4支Bently Nevada振動傳感器。過程控制要求： 風機振動的連續信號和報警聯鎖信號在DCS內監控；該項目暫時不設置MMS，但要求預留MMS的接口，且每臺風機配置1臺Bently Nevada監測器。

3臺風機振動傳感器和監視器的配置一樣，現以一次風機為例，其振動測點及配置見表1所列。

表1 一次風機振動測點及配置 mm/s

Bently Nevada監測器[1]支持4通道振動輸入，4個4～20 mA信號，6個開關量信號，滿足了DCS對風機連續監測和聯鎖保護的需要；支持4通道溫度輸入，適用于小機組的監測和保護；相對于框架模塊化系統，成本較低；支持緩沖輸出和Modbus通信，實現了預留與狀態監測系統的接口；外形靈巧，整裝式獨立安裝，可通過導軌支架或安裝板安裝；外配就地保護箱，可直接將監測器安裝在風機附近，監測器的就地顯示裝置為可選項。

2.2采用監視系統的方案

以某大型煉化項目動力中心為例。每臺CFB爐配置1臺一次風機、1臺二次風機、1臺引風機，均采用離心式風機，一次風機采用直接起動方式，二次風機及引風機采用液力偶合器。每臺風機振動測點的設置，見表2所列。振動傳感器為Bently Nevada產品，振動測點均設高報警值AH≥6.3 mm/s。

該項目風機振動的連續信號和報警信號要求在DCS內監控；暫時不設置MMS，需預留與MMS的接口。同時，業主要求采用模塊化的系統。考慮到三大風機的重要程度、項目投資及使用經驗，最后確定采用派利斯公司PT2060監測系統。

表2 風機振動測點及監測系統硬件配置

PT2060監測系統[2]采用框架模塊化結構，具有4～20 mA信號和傳感器緩沖信號輸出，并具有Modbus通信功能。與采用監視器的方案比較，雖然采用監視系統的方案投資費用增加了，但該系統有良好的擴展能力和兼容性以及更強大的功能。對于現場軸系儀表測點較多時，可以考慮該方案。

2.3幾點思考和建議

上述兩種監測系統，重點是DCS對旋轉設備參數的在線檢測和保護信號的報警聯鎖，同時為MMS預留接口，為機組狀態監測系統提供數據。狀態監測系統是永久性安裝的系統，用于機器振動狀態的實時在線監測。在方案選擇時，有幾點建議供參考：

1) 項目前期應根據項目要求和特點，統籌考慮，遲早確定各類旋轉設備軸系儀表監測系統的配置方案。

2) 采用監視器的方案中監測器可接入的信號類型和數量較少，因而在確定方案前要對風機上振動傳感器的數量和類型有清晰的認識。

3) 在選擇采用監視系統的方案時，首先應注意監測系統與振動傳感器的兼容性，其次應盡早收集現場振動傳感器的詳細資料；另外配置框架模塊化結構的監視系統，通常會把框架放置在現場機柜室內，應注意振動傳感器與監控系統之間連接電纜的長度。

3 結束語

風機振動監測系統的設計因受各種因素的影響和條件限制，系統組成各不相同。在實現項目功能性的前提下，合理地配置系統，既要避免過高配置，同時也要避免系統升級過程中不必要的改造。

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稿件收到日期：2013-05-27，修改稿收到日期2013-06-04。

潘程蘭(1981—)，女，2003年畢業于中國石油大學(華東)自動化專業，獲工學學士，現就職于中石化寧波工程有限公司，從事石油化工自控設計工作。

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1007-7324(2013)05-0080-03