乳化器在線監測技術研究

現代社會針對安全生產的意識越來越高，為了提高乳化器運行的安全性。本文首先概述了乳化器的特點，分析了乳化器監測的意義和內容，采用采用現代化振動監測技術能夠準確地反映機械設備運行的安全狀態，將它運用在乳化器的安全監測上，重點實現乳化器的溫度和壓力的監測，最后并實現了其硬件結構和軟件結構。

關鍵詞：乳化器；振動；溫度；在線監測

1.乳化器的特點

乳化器是乳化炸藥生產線的核心設備，因而安全生產對于乳化器的性能要求特別高。其自身的運行狀況，不僅關系到乳化產品的質量，更重要的是關系到企業的安全生產。做好乳化器的在線監測，對于提高乳化器的安全運行，保障乳化炸藥的安全生產意義重大。

如圖1所示是工廠新型乳化器，該設備保留了原JWL乳化器的優越性和乳化機理，并將定、轉子的間隙加大。同時減少了腔體容積，腔體存藥量僅2.7L。該乳化器的產能達3～4.5噸/小時。電機功率為15 kw， 轉速1470轉/分，轉子最大線速度≤15m/s并通過優化力學結構成功取代了機械密封和柔性密封，本質安全性顯著提高。

同時，該乳化器結構設計更合理，主軸剛度好，穩定性高。腔體內無多余存料，無死角，消除了非乳化運動阻力，進出料更流暢。檢查、拆裝更加方便。只需拿掉電機，拆開4個螺絲，即可以拆出乳化腔內全部定、轉子，只需數分鐘完成；檢查保養方便，造型優美。通過設置了全套安全保護設施；與原產品同樣具備有斷料報警和斷料自動停車保護、聲音異常監測報警、超壓監測報警、軸承超溫報警、軸位移監測報警、料溫監測等功能。

2.乳化器監測的意義和內容

2.1乳化器在線監測的意義

乳化炸藥是上世紀70年代被發明的，現在是工業現場中最常用的炸藥之一。在乳化炸藥的使用過程中，近些年發生過多起的爆炸事故，究其原因，很多事由于振動故障或者摩擦導致溫度升高而引起的乳化器失去安全運行的狀態，導致事故的發生。針對安全狀況最常用的是視頻監控，但是視頻監控的準確性較差，且對監控人員要求較高，實現乳化器的在線監測對于提高乳化器的安全運行意義重大。

2.2乳化器在線監測的內容

乳化器在發生事故的時候，一定會先發生一些機械狀況的異常。振動信號是最能反映乳化器運行特征的機械參數。所以一定要將乳化器的振動信號進行監測，具體就是其軸XY兩個方向的振動，軸的振動偏移量一般在20微米以下。另外乳化器發生爆炸很多是因為摩擦發熱引起的溫度發生劇烈的變化引起的爆炸，要監測其進出口溫度，以及軸承外套溫度，不超過60攝氏度。然后出口溫度與進口溫度的差值在5℃以內，也就是說乳化升溫不超過5℃。有些時候也要對電機電流、電壓和腔體壓力、輸入流量等參數進行監測。利用在線監測的手段來觀察乳化器的采集重點參數并分析和聯動，可以提高安全保障，同時更有效的保證產品質量。

3.乳化器在線監測的硬件結構

乳化器的在線監測主要就是針對其振動信號和溫度信號的各項參數進行監測，并將相應的值和異常值進行比較分析。采集的信號經過濾波、信號放大、模數轉換之后進行采集、分析和計算，并和正常指標進行比對。根據現場的環境，還可以連接遠程計算機。

3.1溫度信號的在線監測

乳化器溫度的測量采用熱電阻傳感器，檢測乳化器在進口處和出口處的溫度，以及軸承外套的溫度。溫度傳感器檢測精度1%， 靈敏度±0. 3℃， 測量范圍： 0～150℃。

3.2振動信號的在線監測

振動信號的測量一般采用加速度傳感器或速度傳感器，考慮到現場工作環境比較嚴峻，乳化器振動信號的在線測量采用比較易于安裝的加速度傳感器。

振動信號的監測通過布置加速度傳感器，監測乳化器的振動，振動檢測頻率范圍10Hz～10kHz，來監測上下兩個法蘭的振動偏移量。

3.3主計算機系統

主計算機系統包括主計算機系統包括工控機和遠程監測用計算機。測量的溫度信號和振動信號通過信號放大、濾波、模數轉換等之后調理成電壓信號，進入計算機信號采集系統。主計算機系統實現高速數據的采集、信號的分析以及顯示及后面的報警等功能。根據現場工作的環境，可以安裝一些遠程計算機。

4.乳化器在線監測的軟件結構

4.1數據采集模塊

數據采集模塊采用直接存儲的方式，將各個點的溫度信號和振動信號等進行采集測量，通過設定一定的采樣時間和采樣頻率，將乳化器采集到的數據送入到監測系統中進行數據存儲，并運用網絡功能實現遠程的數據交換。

4.2在線監測模塊

在線監測模塊通過前期采集的原始數據進行計算，求出各種特征參數，比如溫度和振動的峰值、均值、溫升等，然后將這些參數和設定的基準值進行比較，來判斷乳化器工作是否正常，如果超過警戒值要發出報警信號。在線監測的界面可以顯示各點的安全狀態。

4.3故障分析模塊

在故障分析中，常用的方式是傅立葉變換或小波分析的方法。

傅立葉變換是在信號處理中最常用的算法之一，通過傅立葉原理得出任何連續的信號，都可以用其它的一些不同頻率的正弦信號進行疊加，傅立葉變換這是一種特殊的積分變換。正是由于其信號提出和處理的強大功能，傅立葉變化在在線監測中有著廣泛的應用。

小波變換也是一種有效的時頻分析方法，可以很有效的從信息中提取信息，它是實現信號的局部變換，在數學、信號處理等學科中得到了廣泛的應用。小波是一種小區域、衰減性的波形，利用這種方式，可以自動適應時頻信號的分析，更聚焦信號的細節問題，應用在系統在線監測中可以方便很多局部信號的測量。

4.4數據存儲單元

由于乳化器是乳化生產線的核心設備，因此我們針對乳化器的監測數據，需要保留6個月的運行數據。數據存儲在工控機的主電腦硬盤中，供調取和分析用。

4.5安全聯鎖裝置

數據采集和分析后，工業控制系統會根據分析結果判定乳化器運行狀態是否異常，如果超出安全設定值，系統會執行報警甚至停機動作，從而切實提高安全生產水平。

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