機泵設備智能監測系統在勝利石化總廠的應用

黃銀山

（勝利油田石油化工總廠 山東東營）

設備故障診斷技術20世紀70年代初形成于英國，由于其實用性及為社會和企業帶來的明顯經濟效益，受到企業和政府主管部門重視。尤其是計算機技術的迅速發展和普及，已經逐步形成了一門較為完整的新興邊緣綜合工程學科。

石化企業屬于設備資產密集型行業，對設備依賴程度高，且石油化工裝置具有自動化水平高、生產連續性強、高溫、高壓、易燃、易爆、易腐蝕、易中毒等特點，一旦設備發生問題，導致泄漏，就會污染環境，甚至會發生火災、爆炸、人身傷亡等重大事故。高溫油泵風險性更高，為集中整治高溫油泵在運行管理及技術上存在的問題，消除安全隱患，進一步做好高溫油泵的運行管理工作，除了在巡檢、維修、操作、提高備件質量等各方面加強管理外，還可以通過應用信息化技術來提升設備管理水平。針對高溫油泵、關鍵機組安裝無線監測傳感器，利用故障診斷技術，實施智能監測診斷系統，即是消除高溫油泵安全隱患的有效手段。

無線傳感網絡（Wireless Sensor Network，WSN）是當今國內外備受關注的、由多門學科交叉形成的新型前沿研究領域。無線傳感網絡的基本功能是收集并傳輸大量傳感器節點所在區域的各種信息。無線的主要優勢包括：①現場布線（包括信號線、電源線、網絡線）減少60%左右；②檢修維護方便：拆卸簡單，不存在信號線切斷的可能；③設備現場更為簡潔。因此，無線方案非常適合應用于防爆場所的機泵設備監測。本文即對無線傳感網絡技術在勝利石化總廠機泵設備中的應用進行了研究，并全程跟蹤了延遲焦化車間P7002/1輻射進料泵的故障發現、診斷分析與設備檢修過程，檢修的結果與診斷分析的結論完全吻合，表明了此系統能夠及時準確的采集到機泵設備的振動和溫度數據，并且根據數據的異常狀況給出報警提示和檢修建議，成功帶領企業進入預知維修時代，獲得了滿意的監測控制效果。

一、系統簡介

勝利石化總廠歷來十分重視動設備狀態監測工作，大機組采用了S8000監測系統，而對于機泵設備，除了使用手持式測振儀測溫儀之外，近幾年開始在重要裝置安裝投用了機泵設備智能監測系統，將重點關鍵機泵，尤其是高溫油泵納入了該系統。針對勝利石化總廠現狀，根據生產裝置情況，結合無線傳感器網絡的優點，勝利石化智能監測系統采用“無線智能傳感+遠程監測+專家分析”的技術路線，總體結構圖如圖1所示。其核心思路是通過無線的監測儀器對企業關鍵重要設備的狀態進行自動監測、自動采集和自動存儲，并且通過軟件的輔助診斷功能，觸發自動報警。不僅可以使設備管理人員實時、準確地掌握設備狀態，同時又可在第一時間發現隱患，做到事前預防、預知檢修，保障生產的安全、可靠和穩定運行。

系統由無線智能監測器、無線通信站和IMAS智能監測分析診斷系統組成。

（1）無線智能監測器，是針對現場測點較為分散、布線復雜的設備專門開發的無線監測產品，可實現振動信號和溫度信號的采集，并通過無線的方式傳輸現場采集數據，避免了現場布線的工作，大大降低了企業對分散設備進行監測的難度。

（2）無線通信站，是無線監測方案的重要組成部分，負責無線智能監測器與數據庫服務器之間的數據傳輸與通信；接收無線監測器傳來的設備監測數據，并將數據傳輸給數據庫服務器；從數據庫服務器接受指令并下達給無線監測器。

圖1 總體結構圖

（3）智能監測分析診斷系統（IMAS），B/S架構的網絡化設備狀態監測整體解決方案，實現對設備狀態的自動報警，并對設備故障進行早期診斷與趨勢預測，為實現狀態預知維修提供關于設備狀態的標準量化的數據基礎。

二、重要機泵設備在線狀態監測方案

1.測點配置

在線監測測點部位的選擇和測點采集參數的設置對在線監測的效果至關重要，需要對設備結構和監測有深入的了解。一般需要根據軸承的位置和型式在水平方向及垂直方向布置測點，有的設備還要在軸向布置測點。方案選擇要根據具體的設備決定。

2.傳感器的安裝

根據無線監測器工作特性，垂直安裝反應是最靈敏的，且一般選擇離振源最近的剛性聯接的位置，如軸承座進行安裝。安裝方式一般有2種。一是直接在設備本體監測部位打孔攻絲，將傳感器通過連接螺栓安裝在監測部位。二是傳感器先安裝在專門制作的支架或者底板上，然后將底板點焊或膠粘在監測部位。

傳感器安裝如圖2所示。

圖2 無線智能監測器安裝圖

三、監測系統管理情況

再好的設備設施、再先進的技術手段，如果沒有科學的管理和嚴格的制度，都不能得到充分應用。只有管理到位，先進的設備和技術才能發揮其最大效能。

1.實現系統多方位監測

（1）保運單位（機修）狀態監測小組有專人監測在線監測系統數據變化情況，數據有異常組織相關人員及時分析、現場確認設備運行情況。并做好相關記錄。

（2）車間操作人員每班按時巡檢，檢查機泵及在線監測系統測點現場情況，有異常出現及時告知相關人員現場確認，并做好相關記錄。

（3）車間設備主任及技術人員工作日期間每天對其監測系統進行監測。數據有異常或出現3、4級報警，及時聯系機修分析處理，做好相關記錄。

（4）機動科狀態監測管理人員至少每工作日查看1次系統運行情況和各關鍵機泵的運行狀態，每周一次對服務器軟硬件運行情況進行檢查，每月對各工作站軟硬件運行情況進行1次檢查，發現問題及時處理。

（5）每周定期組織專家組進行關鍵機組和機泵狀態分析例會，就各類問題及3級及以上報警設備進行指導分析，提出處置意見，并發布周分析報告。

2.加強狀態監測培訓

加強培訓，提高生產、檢修、點檢3方人員的技能。定期組織狀態監測分析專家對車間技術人員、機泵專業人員和機修狀態監測組相關人員對狀態監測的頻譜分析作了基礎講座并結合現場案例講解，通過培訓，提高各類人員對設備深層次問題的判斷和處理能力，提前發現隱患，采取精確定位處理措施。

3.明確各級職責，責任落實到人

公廠編制并印發了“動設備在線狀態監測管理規定”，明確了各部門管理內容和職責。

4.建立應急網絡，及時處理診斷問題

建立機泵群在線檢測應急網絡，根據機泵在線檢測系統報警級別設置，在系統出現各級報警時，一是在操作崗位實現聲光報警，二是建立短信平臺，分級報警實時發送短信至相應層級管理人員手機，建立了快速響應和反應機制。

5.做好監控問題的歸納總結

自系統投入現場使用，設備預知性維修20多起。減少了機泵惡性故障的發生，為裝置安全生產帶來了很大的保證。對設備運行中發現的問題，要及時做好歸納總結工作，舉一反三，有針對性的對相關設備進行排查，減少故障重復率。

6.診斷設備故障預測發展趨勢

系統運行期間，每月有專家對在線監測設備進行體檢，關于設備的運行狀態給出指導性意見，車間及保運單位根據專家給出的體檢報告進行設備監護及維修。杜絕了設備惡性故障的發生。

四、案例分析

延遲焦化車間P7002/1輻射進料泵，由泵體與電機組成，泵體是雙支撐結構，剛性安裝，電機和泵在整體鋼結構臺板上，機組全部支撐為滾動軸承，泵稀油潤滑，電機軸承脂潤滑。現場測點布置：前軸承箱2個測點（水平3H和垂直3V），后軸承箱2個測點（水平4H和軸向4A），電機布置兩個測點。

泵的轉頻50 Hz。泵軸承型號，后軸承7309BDB（角接觸軸承），前軸承6211；電機軸承型號6313C3。軸承特征參數見表1。

表1 軸承特征參數 Hz

1.故障過程

泵后端4A測點數據至2014年3月11日期間內自由端速度及加速度幅值維持平穩。泵后端4H數據自2014年2月25日因故停止上傳，歷史數據幅值平穩，無異常特征。

2014年3月11日開始，泵自由端4A測點加速度幅值呈快速裂化趨勢，加速度幅值由前期較穩定的6 m/s2左右上升至14 m/s2左右，幅值提高2.3倍，且保持著快速裂化趨勢。速度幅值趨勢與加速度保持同步上升趨勢，但上升幅度低于加速度，由前期較為穩定的1.1 mm/s提高至1.7 mm/s。

從數據特征來看，泵自由端4A速度頻譜中內圈特征頻率及其諧波峰值能量上升是速度幅值上升的主要原因。泵驅動端3H、3V測點的速度頻譜可見穩定的傳遞，加速度頻譜同樣存在一定的傳遞性，可能是泵轉子系統存在一定的軸向力，導致后端軸承內圈滾道存有一定的偏移導致。

以自由端4A點的加速度數據、長波形數據進行重點分析，3月12日-3月13日的加速度頻譜中可見清晰的自由端角接觸軸承的內圈特征頻率326 Hz及其諧波能量，能量集中在5000 Hz以下的中低頻，內圈特征頻率的轉頻邊帶清晰，邊帶能量較高。時域波形可見以內圈特征頻率為間隔的穩定沖擊，但沖擊的轉頻調制不清晰，可能是由于內圈損傷處并非處于內圈滾道中心，經過負載區時無明顯受力變化導致。4A點加速度、速度幅值仍處于上升階段，溫度未有明顯變化，且峭度指標變化不大，判斷泵自由端軸承內圈疲勞剝落，剝落面積不大，但，裂化速度較快，需監控運行，現場檢查如有異響則盡快停機檢查。

圖3 加速度趨勢圖

2.數據分析

（1）趨勢分析。泵驅動端3H、3V，泵自由端4A測點加速度總值趨勢見圖3。

（2）泵驅動端3H、3V，泵自由端4A測點速度總值趨勢見圖4。從泵端3個測點的加速度總值趨勢可看出，自由端4A位置加速度總值上升迅速。對比機組驅動端及自由端測點的振動加速度幅值趨勢，可見其余測點幅值較平穩，振動來源于泵自由端4位置軸承。

圖4 速度趨勢圖

（3）時域、頻譜分析。泵驅動端3H、3V，泵自由端4A測點速度頻譜對比見圖5。加速度頻譜顯示，特征頻率是326 Hz，與7309BDB的內圈特征頻率吻合。泵端3個測點同時可見泵自由端軸承內圈特征頻率，泵驅動端3H、3V為自由端4A的傳遞。

圖5 多頻譜分析圖

（4）泵自由端4A測點加速度頻譜、時域波形見圖6。加速度頻譜及時域波形均反映了軸承內圈的損傷特征，加速度頻譜中內圈特征頻率的邊帶清晰，且存在邊帶不對稱現象，符合內圈嚴重剝落故障特征。

圖6 頻譜分析、時域波形圖

數據分析結論，泵自由端軸承內圈疲勞剝落，剝落面積不大，裂化速度較快。

3.檢修驗證

圖7 解體后的內圈圖片

2014年3月13日泵自由端4A測點加速度趨勢呈現快速裂化上升趨勢，并觸發變化率和振動超限報警，在對數據分析后確定設備泵自由端軸承內圈存在剝落，但可在監控狀態下運行。3月16日機組泵自由端4A點觸發速度3級報警，在對數據分析后認為缺陷處劣化速度加快，隨后通知現場做好更換軸承停機檢修的準備。3月17日設備停機檢修，更換泵自由端軸承。該軸承內圈剝落缺陷明顯（圖 7），與診斷結論一致，故障提前預知，檢修時間把控良好。

五、結論

機泵設備無線智能監測可以及時準確的采集到機泵設備的振動和溫度數據，并且根據的異常狀況給出報警提示和檢修建議，達到了依據狀態進行檢修的效果，不僅幫助企業降低了故障率、減少了非計劃停機時間，同時也成功帶領企業進入預知維修時代。

此方案在勝利石化總廠的成功應用，說明無線智能監測系統是一套可以解決機泵監測問題的系統，其最大優勢是采用“無線智能傳感+遠程監測+專家分析”的技術路線同科學有效專業管理相結合，獲得了非常好的監測控制效果。