狀態監測與故障診斷技術在大型機組中的應用

陳 瓊

(陜西延長石油(集團)有限責任公司延安石油化工廠，陜西 延安 727406)

石油化工工業生產具有連續性，要求生產設備可靠、穩定、經濟、安全運行，這就要求在設備生命周期內不發生或盡量少發生故障。導致機械故障的原因很多，如不恰當的操作、保養、維修，乃至機械設計欠妥。石油化工生產設備的日常管理主要是通過操作方法的培訓，使相關人員正確進行設備的日常保養和維修。

丁京針對離心機、搪瓷釜及機泵密封等設備檢修中，由于對設備結構和檢修過程的理解不清乃至錯誤，造成返修率高、備件使用減少甚至出現事故的問題，進行了具體分析，并給出了有效的處理方法[1]。王榮等介紹了旋轉設備軸位移探頭在檢修后的調整流程和技術要求，并給出了探頭監控的實現方法[2]。梁瑞等基于風險與壽命的設計理念，在設計階段全面分析了承壓設備在建造和使用過程中可能出現的失效模式，建立了包括主要失效模式及風險控制等方面的風險評估體系。根據API標準進行失效可能性、失效后果和風險值的計算，找出高風險工況與部位，提出了防止這些失效的方法和措施，將風險控制在可以接受的水平[3]。

筆者將狀態監測與故障診斷技術應用于石油化工生產設備的日常管理中，對工況參數進行監測，并依據所得數據分析故障現象和原因，從而有針對性地合理規劃設備的保養和檢、維修時間。

1 狀態監測與故障診斷技術①

石油化工生產設備的狀態監測通常指通過測定設備的某一特征參數(如振動、溫度及位移等)，將測量值與設定值進行對比，判斷其狀態是否發生異常。而設備故障診斷技術則是通過測量并記錄工況參數數據，掌握設備的在線狀態，結合設備的運行歷史狀態進行對比，對設備可能發生的或已經發生的故障進行預報、分析與判斷，從而確定故障性質、類別、程度、原因和部位，指出故障發生與發展的趨勢和后果，提出控制故障發展的措施，通過調整、維修和治理的對策消除故障，最終使設備恢復正常狀態[4]。

狀態監測與故障診斷的目的是：當設備處于異常狀態時，快速準確地判斷出設備的故障部位，縮短維修時間，降低維修費用，降低由于設備故障而產生的損失。通過該技術的應用，制定出合理的保養和維修計劃，有效延長設備的使用壽命，從而提高生產效率和經濟效益。

2 應用效果

應用狀態監測與故障診斷技術，對關鍵設備進行定期監測，將所測得的數據與行業標準或專家經驗相對比[5]，跟蹤監測有故障預兆的設備，避免故障停機，確保正常生產運行。

陜西延長石油(集團)有限責任公司延安石油化工廠根據OPENpredictor預知維修專家系統定期對大型機組的性能進行評估，現以丙烷壓縮機組201-K-101為例說明狀態監測效果。該機組由蒸汽輪機和離心式壓縮機組成，其工作轉速為3 700r/min、功率5 038kW、流量244 142m3/h。

圖1為2012年4月25日采集的數據，可以看出狀態監測與故障診斷系統對丙烷壓縮機主要各軸承位置的溫度、振動和位移進行監控的結果。表1、2分別列舉了監測到的各軸承位置的實時溫度和振動數據。

圖1 201-K-101丙烷壓縮機監測人機界面

表2 各軸承位置振動監測數據

圖2為汽輪機驅動端VE1804測點恒帶寬百分比分析方法圖示，蒸汽輪機驅動端軸承存在0.42X～0.48X信號能量，有油膜渦動現象。

圖2 汽輪機驅動端VE1804測點恒帶寬百分比分析

圖3為汽輪機驅動端VE1803測點軸心軌跡分析方法圖示，可以看出軸心軌跡紊亂，可能為油膜渦動所致。

圖3 汽輪機驅動端VE1803測點軸心軌跡分析

常用機械設備的振動標準詳見表3。其中A、B對應健康指數為Ⅰ級；C對應健康指數為Ⅱ級；D對應健康指數為Ⅲ級。Ⅰ類指發動機和機器的單獨部件，它們完整地連接到正常運行狀況的整機上(15kW以下的電機是這類機器的典型例子)；Ⅱ類為無專門基礎的中型機器(15～75kW輸出功率的電機)，在專門基礎上剛性安裝的發動機或機器(300kW以下)；Ⅲ類為具有旋轉質量，并且安裝在剛性的重型基礎上的大型原動機和其他大型機器，基礎在振動測量方向上相對是剛性的；Ⅳ類具有旋轉質量，安裝在基礎上的大型原動機和其他大型機器，其基礎在振動測量方向上相對是柔性的(如輸出功率大于10MW的汽輪發電機組和燃汽輪機)。A級指機械設備正常運轉時的振動級，此時機器運行狀態為“良好”；B級已超過正常運轉時的振動級，但對機器的工作質量尚無顯著影響，此時運行狀態為“容許”；C級為機器的振動已達到相當劇烈的程度，致使機器只能勉強維持工作，此時機器的運行狀態為“可容忍”；D級時機器的振動已達到使其不能運轉、工作的狀態，此時機器運行狀態為“不允許”。

表3 幾種常用機械設備的振動標準

可以看出，該機組總體工況良好，振動水平遠低于報警線。按照國家標準GB/T 6075.1-1999 idt ISO10816-1：1995規定的設備診斷標準，該設備屬于Ⅲ類(表3)，各測點振動烈度(表2)為A(表3，測量最高值1.60mm/s，在0.28～1.80mm/s)，機組健康評價指數為Ⅰ級。

根據2012年4月25日使用OPENpredictor預知維修專家系統對機組進行的健康分析評估：機組總體狀態良好，振動水平遠低于報警線；蒸汽輪機驅動端軸承存在0.42X～0.48X信號能量，判斷為油膜渦動，需注意觀察。

3 結束語

狀態監測與故障診斷技術能有效地對石油化工生產設備的狀態參數進行監測，分析潛在故障，提出維護建議，強化設備維護管理質量。相關技術人員和操作人員在日常工作中需要不斷思考、積累，準確合理地運用該項技術，以提高維護水平，保證設備平穩正常運行，有效控制設備維修費用，提升企業的經濟效益。