機泵群在線狀態監測系統在裝置中的應用

王秀宏(茂名瑞派石化工程有限公司惠州分公司，廣東 惠州 516081)

0 引言

某煉廠 400萬噸/年高壓加氫裂化裝置中，由29臺機泵組成的一個機泵群，涉及到進料、塔底、回流、外送等關鍵設備，工況多為高溫高壓、介質多為易燃易爆。機泵的機械振動會導致機封泄漏、軸承磨損等，甚至會引起火災爆炸等嚴重事故，對裝置安全生產造成重大影響。

為了評估機泵的狀態，早期發現并跟蹤設備故障，對這個機泵群進行技術改造，新增機泵在線狀態監測系統(Condition Monitoring System，簡稱 CMS)1 套，對機泵旋轉部件進行振動監測。這套系統通過對機泵振動信號的在線采集、處理和分析，可以及時發現機泵故障、評估機泵的健康狀態、預測部件的剩余壽命，以便有計劃地合理安排機泵的檢修工作，更好地保障機泵的正常運行，從而節省維護費用。信號可以通過企業局域網上傳到設備管理部門，也可以上傳至中央控制室DCS 系統由操作人員進行遠程監控，實現機泵預知性維護維修管理。

1 CMS系統總體架構

機泵群在線狀態監測系統(CMS)包含安裝在泵體監測點的IMI(PCB)加速度傳感器、本特利內華達2300 系列振動監測器、CMS 服務器以及配套軟件1 套。在滿足現場防爆安全要求的前提下，CMS 系統分就地監測和集中監控兩個部分，其中傳感器、振動監測器以及配套防爆接線箱、網絡集成箱安裝在現場，服務器及配套機柜安裝在現場機柜間內。

本項目測點配置有如下兩種方案，如圖1，圖2所示：

(1)針對于懸臂機泵的精簡配置，2 個測點：2H 和3H。

(2)針對于雙支撐設備的精簡配置，3 個測點：2H、3H 和 4H。

圖1 懸臂機泵測點配置

圖2 雙支撐機泵測點配置

說明：“H”指水平方向。

本項目29臺關鍵機泵合計68個測點，需要使用68個監測探頭(加速度傳感器)，34塊雙通道振動監測器，根據現場位置和接線箱容量共需設置7臺防爆接線箱，1臺網絡集成箱，1臺CMS機柜，系統架構如圖3所示：

(1)系統架構說明：在現場機柜間內新增一面標準機柜，機柜內安裝CMS 服務器。

(2) 220VAC 電源從機柜間內CMS 機柜引出，經過3 個一入四出的防爆電源轉換模塊，分別為接線箱和網絡集成箱提供24VDC 電源。

(3)安裝在泵體的傳感器通過專用電纜接至附近防爆接線箱內的振動監測器。

(4)每個接線箱輸出采用以太網線(六類屏蔽雙絞線)接到網絡集成箱。

(5)網絡集成箱輸出采用光纜(鎧裝，單模，8 芯)敷設到現場機柜間，接至CMS 機柜。

(6) CMS 服務器配置獨立的后臺，通過交換機接入企業辦公網絡，所需企業局域網接口及IP 地址、VPN 訪問權限由業主提供，用戶可以通過辦公網絡客戶端對現場機泵的狀態進行不同授權的實時監控。

(7) CMS 系統留有遠程監控的擴展，可以與業主現有DCS系統通訊，通過組態在DCS 系統進行指示、報警和歷史記錄。

圖3 系統架構圖

2 CMS硬件系統

2.1 加速度傳感器

加速度傳感器參數如表1所示。

表1 加速度傳感器參數

傳感器的安裝：優先傳感器墊片焊接，其次粘接方式進行安裝。安裝前需要打磨平面，再焊接或安裝時涂膠均勻，粘接牢固，安裝后，轉接頭應與旋轉部件保持10mm 以上空間，以保證工作過程中傳感器與旋轉部件不發生碰撞。

傳感器專用電纜采用雙芯低噪聲屏蔽鎧裝電纜，提高信噪比，航空接口、優選側出線； 具有阻燃性，滿足防火、防爆要求。

2.2 本特利內華達2300系列振動監測器

2300 監測器是用于監測并保護馬達、泵、風機等資產的全功能監測器，具有兩個地震式振動通道和一個轉速通道，可為BOP 輔機設備提供連續監測和保護；其輸出包括繼電器輸出、緩沖傳感器輸出、TCP/IP 以太網口、以及 LCD 液晶顯示。

2300 系列監測器可通過配套提供的組態軟件(System 1 Evo)進行組態實現遠程訪問，監測器上還集成了一個 LCD 液晶顯示屏和若干個 LED 發光二極管，可就地顯示通道實時數據和狀態。2300/20 監測器可提供關鍵振動測量值/靜態數據，包括：通頻單峰值、通頻峰-峰值、真實RMS 有效值、計算單峰值、積分通頻峰值。

2300/20 監測器還能提供總樣本為8192個、最大3200 頻譜線的波形/頻譜(動態數據)：每個通道最多可提供1 組非同步波形(加速度波形)、1 組積分非同步波形(速度波形)、和1 組解調波形(包絡)所有波形為時基波形；轉換為頻譜的處理過程在 System 1 Evo 軟件中進行。非同步(加速度)波形和積分非同步(速度)波形每秒一組；解調(包絡)波形每分鐘一組。

本項目采用本特利內華達2300/20 雙通道監測器，具有滿足機泵群防爆區域的等級認證，可以安放于現場并在現場提供泵的振動數據顯示；能夠提供4-20mA 輸出、網絡輸出等多種信號輸出模式；具有硬件故障的自診斷功能，當現場傳感器或者電纜有異常問題的時候，能夠提供異常報警。各部分功能及詳述如圖4所示。

圖4 2300/20 振動監測器

2.3 服務器

選用的服務器詳細配置不低于如下規格：(1) CPU：64 位，主頻≥2.4GHz；(2)硬盤：≥500GB；(3)內存：≥16GB；(4)光盤驅動器：1×DVD，SATA；(5)帶有獨立圖形加速器的顯卡(顯示存儲器≥64MB)；(6)顯示器：采用對角線大于等于22″的高分辨率 LCD 彩色顯示器；屏幕比例為16:10；分辨率應達到1280×1024(32 位真彩)以上；(7)鍵盤、鼠標、以太網雙網卡；現場服務器供電要求：220VAC±10%，50Hz±1Hz，550W，取自機柜間內備用供電回路。

3 CMS 軟件系統

3.1 System 1? Evolution (Evo)狀態監測與診斷平臺

System 1? Evolution (Evo)狀態監測與診斷平臺可展現出繪圖集、機器示意圖、總貌圖、以及事件繪圖。采用WEB 瀏覽器版，基于B/S 網絡架構進行數據訪問、顯示和分析，登陸人員數量不受限制。采用插件式結構，每當客戶需要，都可以擴展他們的系統，插入其它的技術，這樣便于用戶把來自不同設備狀態監測硬件平臺的信息匯集到一個通用平臺上。

System1 Evolution 與已授權的3500 框架相連，連續不斷地采集靜態和動態數據。動態數據雖然無法被常規的控制系統處理，但是對于做出運行和維修決策來說，它卻是無價的機械狀態數據。System1? Evolution 能夠在關鍵的機組事件中(報警、啟停機)捕捉到更為集中的數據，對于解答是否重新開機、造成某個報警或跳機的根本原因、哪些組件已經/將要損壞或惡化等疑問，這種數據是非常重要的。此項功能對老舊設備或者無備機以及/或者問題纏身的設備來說更有價值。

3.2 System 1 Evo System1? Evolution 軟件-Premium套件包

System 1?軟件是狀態監測解決方案的核心產品，給用戶提供一個全廠范圍機械管理單一生態系統。利用狀態監測報警、長期的趨勢數據和故障診斷等手段去了解機泵設備健康狀況，在此基礎上結合人員和流程，利用這些關鍵數據去制定維修計劃、作出決策。

3.2.1 功能

高分辨率的趨勢、報警和啟/停機數據；為趨勢數據提供短時間黑匣子飛行記錄儀功能； 滾珠軸承和滑動軸承的診斷；診斷報告。

3.2.2 易用性

分布式的客戶端/服務器端部署模型；手持式設備的數據遠程傳輸；2X/Citrix 遠程接入； 用戶賬戶安全保密簡檔。

3.2.3 內嵌的專業知識

以客戶設備為中心的整體解決方案，以及組態配置和診斷的最優方法：基于設備運行工況的數據采集與報警；設備建模導向的最佳經驗組態；內置 ISO 10816-3、10816-7、14694 組態向導。

4 結語

機泵群在線狀態監測系統實施后，完善了全廠機泵設備管理的系統平臺，其具有現代且直觀的用戶界面，全新的數據庫管理診斷和工作優先級能力，基于設備狀態的數據采集、報警和機組模塊促成最佳的組態，便于推動機泵狀態監測和故障診斷流程。通過機泵群狀態在線監測，能夠及時發現機泵故障并分析故障程度，確定更換壽命，在保證設備運行安全性的基礎上避免部件過早更換。有利于制定合理的批次更換檢修計劃，減少單個更換帶來的重復成本，從而提高機泵運行的安全性和經濟性。