大型轉動設備在線狀態監測及前期故障診斷

郝殿成 王 娜 戰立啟 王 東 王明濤

（1.中國石油吉林石化公司機動設備處 吉林吉林 2.中國石油吉林石化公司合成樹脂廠 吉林吉林）

一、意義及背景

大型轉動關鍵機組是石油化工行業生產裝置的核心設備，一旦發生故障將會給企業造成巨大的經濟損失。如何提高關鍵機組的管理水平，保證機組安全、穩定、長周期運行，一直是石油化工企業設備管理的關鍵問題。近年來，各大企業均提出了裝置長周期安全穩定運行的大目標，并通過技術攻關和完善管理手段，關鍵機組的管理水平和安全、穩定運行能力有了顯著的進步。但是，關鍵機組的整體管理水平仍然具有進一步提高的空間，與設備長周期運行的總體要求仍然存在一定差距。各大企業公司關鍵機組管理中，仍然存在著監測診斷技術手段和管理水平參差不齊，部分企業的技術裝備水平有待提高等問題。

圖1 系統具體架構圖

在近半年的工作調研中發現，有相當一部分企業關鍵機組監測測點數量不足，在線監測和設備診斷方法沒有普及推廣或采用的設備技術陳舊落后，對關鍵機組僅采用人工巡檢，企業的設備管理人員和專職工程師的數據分析與機組故障診斷水平有待提高。

例如某企業20萬噸LDPE裝置壓縮機振動故障遲遲難以排除，某企業PTA裝置空壓機故障造成整個裝置停工等較為嚴重的機組故障，更為我們敲響了警鐘，提醒我們必須在使用先進技術和監測裝備、實施推廣機組在線檢測診斷以及全面提升關鍵機組設備管理水平等方面加大工作力度，特別是要有系統化、全方位的解決思路和實施方案，以整體提高企業的設備監測診斷能力和管理維護水平。

二、在線狀態監測系統作用及架構組成

1.作用

圖2 新氫壓縮機K-301A概貌圖

圖3 1#缸桿沉降量

優化維護策略，控制維護成本。企業實施優化維修、狀態檢修是必然的發展趨勢，狀態監測系統能有效的提高機組的可靠性和降低維護成本，輔助企業完成長周期運行的目標，為機組“安、穩、長、滿、優”運行提供堅實的保障，同時可為企業順利實施狀態檢修提供可靠依據。

挖掘設備信息，提供決策依據。大型轉動設備的在線監測系統可以挖掘關鍵機組早期故障征兆，較為準確的判斷故障部位，提供關鍵機組狀態發展其實及故障嚴重程度，從而幫助企業根據實際狀態制定決策，計劃維護時間和方式，讓企業選擇機組繼續運行或是擇機維修，從而使損失降到最低。

降低運行風險，增加企業效益。在安全和生產環境方面的任何“疏忽”，都可能帶來災難性的后果。預防行功能意味著影響人員和環境安全的嚴重機組故障大為減少。從而可以大大減少被迫停機次數，降低運行風險，增加企業效益。

2.架構組成

狀態監測系統由一個中心服務器和若干個現場監測站組成。現場數據采集和監測分站安裝在控制室或操作間，用于大型轉動設備的監測，并負責對振動、鍵項、過程量等信號的調理、采集、圖譜分析，進行啟停機、變化數據等有效信號的臨時存貯，并向中心服務器上傳數據。系統具體架構圖見圖1。

圖4 2#缸桿沉降量

圖5 1#缸殼體振動沖擊峰值

三、在線狀態監測系統項目實施目標

實施建立的大型機組狀態監測統一的數據庫格式和統計的技術接口將促進各企業之間關鍵機組運行信息的交流，保障遠程檢測診斷中心對關鍵機組數據的集中管理，為系統充分融入企業公司信息化大平臺打下堅實的基礎。具體確立目標有幾方面：①實現對大型轉動設備（關鍵機組）運行狀態的在線實時監測；②形成長期完整的大型轉動設備（關鍵機組）運行信息數據庫；③為大型轉動設備（關鍵機組）故障的識別和診斷提供數據基礎；④實現大型轉動設備（關鍵機組）部分基礎信息的自動管理；⑤實現大型轉動設備（關鍵機組）運行有關報表自動統計和集中查詢；⑥實現故障診斷知識的積累和共享；⑦充分的系統開放性和擴展性；⑧對大型轉動設備（關鍵機組）部分常見故障進行自動診斷；⑨開展診斷服務工作。

四、故障前期診斷

圖6 2#缸殼體振動沖擊峰值

圖7 1#缸和2#缸的氣閥溫度變化

大型轉動設備在線狀態監測和分析系統，能夠在線連續監測大型轉動設備運行過程中的振動及各種工藝參數，自動存儲振動分頻、相位、波形、啟停機等有診斷價值的數據，并提供專業的診斷圖譜。可及時識別機組的運行狀態、發現故障的早期征兆、對故障原因、嚴重程度、發展趨勢做出正確判斷，從而及時消除故障隱患，避免事故的發生，提高設備的可靠性，降低維修成本，增強企業的綜合競爭力。以2臺新氫壓縮機為例，對前期故障進行診斷分析。

（1）汽油加氫車間新氫壓縮機K-301A 1#缸殼體和2#缸殼體振動超標分析。汽油加氫車間新氫壓縮機K-301A概貌圖見圖2。

從圖3可以看出，1#缸桿沉降量從8月4日至10月初逐步升高，變化量＞90 μm。圖4反映，2#缸桿沉降量從8月4日至10月下旬變化量＞80 μm。圖5可知1#缸殼體振動沖擊峰值8月4日至11月底變化＞100 m/s2。圖6可看出，2#缸殼體振動沖擊峰值8月4日至11月底變化也超過100 m/s2。圖7可知1#缸和2#缸的氣閥溫度變化在10℃以內。

圖8 汽油加氫車間新氫壓縮機K-302A機組概貌圖

圖9 2#缸桿沉降量

圖10 單值棒圖

診斷結論：從活塞桿運行趨勢上分析，從8月4日起汽油加氫車間新氫壓縮機K-301A活塞桿沉降量異常增大，相對變化超過80 μm，超過報警線，沉降波形在缸頭處存在顯著波動。從振動趨勢上分析，伴隨活塞桿沉降異常變化趨勢，1#氣缸缸體和2#氣缸缸體振動沖擊峰值顯著增大，已超過機組報警值甚至接近停車值。從氣閥溫度趨勢分析，氣閥溫度無明顯異常，變化值在10℃以內。

綜上分析可知，1#氣缸和1#氣缸支撐環、活塞環可能已發生磨損，缸頭處可能已存在拉缸。建議立即停車檢修氣缸磨損情況。

（2）汽油加氫車間新氫壓縮機K-302A2#缸桿沉降量超標分析。汽油加氫車間新氫壓縮機K-302A機組概貌圖見圖8。機組2#缸桿2014年3～11月沉降量見圖9，單值棒圖見圖10。圖11 K-302A沉降量及歷史參數見圖11。

圖11 K-302A沉降量及歷史參數

從圖11可以看出，機組2#缸桿沉降量從2014年3月中旬起一直保持在3500 μm左右（2#缸桿沉降量報警值為500 μm，危險值為700 μm），處于嚴重超標狀態（但變化量不明顯）。根據沉降量波動變化運行狀態圖及沉降量歷史比較圖，可知2#缸桿沉降量超標原因是2#缸支撐活塞環存在嚴重磨損。建議密切跟蹤機組運行狀態，合理安排檢修，檢查機組支撐環、活塞環、填料等原件的磨損情況。

五、結束語

大型轉動設備的在線狀態的推廣和實施將進一步提高關鍵機組設備的整體管理水平，為實現企業的裝置長周期運行的大目標打好基礎，并最終為提高企業設備安全管理水平和提升企業的核心競爭力發揮積極作用。