機泵狀態監測系統在設備維修中的應用

韓國良

（大慶煉化公司，黑龍江大慶 163000）

0 引言

目前大部分石油化工企業關鍵機泵缺少狀態監測系統，判斷故障的主要手段就是耳聽、手摸、紅外測溫、殼體測振等，很難預測和分析機泵存在的潛在故障，只能被動的非計劃性停車，對設備運行和連續性生產都十分不利，存在很大的安全隱患。一旦關鍵或危險介質機泵發生故障，如抱軸、密封部件泄漏等，在監護不到位的情況下，極容易導致爆炸、火災等事故的發生，不但給生產企業帶來巨大的經濟損失，而且危及在崗人員的生命安全。長期以來，上述故障是影響安全生產的潛在的重大事故隱患，始終困擾著石油化工企業的設備安全生產，因此，對關鍵機泵設置狀態監測診斷系統是十分必要的。

1 狀態監測系統概述

1.1 體系結構

機泵狀態監測系統基本架構為：機泵上加裝無線振動以及溫度傳感器，采集機泵運行狀態數據；無線網關對采集的數據進行處理、上傳波形及特征值、下傳測量定義、管理無線網絡以及與其他系統的數據融合；無線網關通過光纖與企業數據庫服務器進行數據傳輸，狀態監測系統將無線網關的數據進行數據的狀態處理，系統平臺除常見的故障報警、圖譜分析診斷功能外，還需具有故障狀態預警、故障狀態分析診斷、機泵能耗和效能分析功能。診斷專網內用戶以Web 瀏覽模式，使用專業可視化工具調取、分析各類數據。機泵狀態監測系統總體結構如圖1 所示。

1.2 硬件配置

狀態監測系統主要由3 部分組成，分別是采集數據的無線傳感器、分配網絡的無線網關、處理數據的服務器。

（1）無線傳感器：是針對現場測點分散、布線復雜的設備專門開發的無線監測設備，可實現振動信號和溫度信號的同時采集，振動信號包括速度、加速度和位移3 種，且數據采集為持續量，后續可做頻譜波形分析使用。數據采集后，監測器是通過無線的方式將數據回傳，避免了現場布線的繁瑣工作，大大降低了企業對設備進行監測的難度。

（2）無線網關：是狀態監測方案的重要組成部分，負責無線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振動與溫度數據，并將數據傳輸給數據庫服務器；同時，也能夠從數據庫服務器接受指令并下達給無線監測器。

圖1 狀態監測系統總體結構

（3）數據庫服務器：實現對設備狀態的自動存儲、自動分析和自動報警，并對設備故障進行早期診斷與趨勢預測，為實現基于設備狀態的預知維修提供標準量化的基礎數據。

1.3 軟件配置

監測系統采用大數據平臺及其相應的應用軟件和組件，具備良好的開放性、擴展性、可靠性。基于Linux 運行環境，采用Spring Cloud 微服務、多機群分布式架構，內部處理使用Spark、Redis 等關鍵模組，利用Rabbitmq 消息發布組件進行數據傳輸，支持流計算功能和具備水平擴展能力；采用關系型數據（MySQL）和非關系型數據庫（MongoDB），支持不同格式的數據存儲和處理；支持運行TensorFlow 庫、Mllib 機器學習庫。可根據不同機泵及其運行特點，設定有效的故障報警門限值，具備泵群振動及溫度的趨勢、多數據獨立瀏覽、聲光報警等功能。功能包括：速度有效值（2 Hz～1 kHz）、加速度值、軸承溫度、軸承狀態，同時顯示上述功能的趨勢預警、閾值預警，實時顯示，歷史統計數據（自定義時間節點查詢）；具備豐富的數據分析功能，可以提供趨勢圖、時域波形、頻譜、包絡解調、多波形、多頻譜等多種分析譜圖。

2 應用案例

2.1 熱油泵軸承損傷故障診斷案例

某化工廠熱油泵是裝置的核心設備，設備一旦發生故障沒有及時發現處理將影響到裝置的平穩運行，其設備結構為電機+聯軸器+離心泵，電機軸承型號NSK6314，泵軸承型號6312，工況轉速2975 r/min，功率400 kW。2018 年9 月15 日設備啟機運行，泵驅動端水平方向振動速度值3.1 mm/s，振動值并不超標，但是通過狀態診斷系統分析：油泵驅動端速度頻譜、加速度頻譜及加速度包絡頻譜中都以153.75 Hz 及其倍頻為主，與6312 軸承外圈故障頻率接近，泵振動頻譜如圖2 所示，且加速度和加速度包絡幅值較高。

圖2 泵振動頻譜

9 月26 日機泵檢修更換軸承，振動數值下降到1.1 mm/s，軸承切開后可見外圈整個圓周存在剝落，多個滾動體表面可見剝落，內圈輕微剝落，其中外圈損傷尤其明顯，與診斷結論一致。

2.2 熱油泵葉輪堵塞故障診斷案例

2020 年4 月27 日，某在運熱油泵非驅動端水平振動值持續升高，并且發生報警，振動趨勢如圖3 所示。設備人員通過狀態系統提供的頻譜分析和包絡分析發現，振動頻譜主要以轉頻為主，包絡頻譜中沒有發現明顯的軸承缺陷頻率，現場對機泵的潤滑油檢查未發現有缺油現象，且軸承溫度沒有明顯的升高，所以振動升高的主要原因可能是葉輪發生故障，排除軸承故障的可能，由于振動超標嚴重，設備立刻被解體檢修。檢查發現，葉輪被油塊堵塞，清理后回裝，設備振動恢復。

圖3 熱油泵非驅動端水平振動趨勢

3 結束語

在使用機泵狀態監測系統后，帶來以下益處：

（1）大幅度減少機泵惡性事故的發生。

（2）能及時報警，提前采取措施，消除故障發生的條件，減少非計劃停機，延長運轉周期。

（3）為檢維修提供科學依據，可以避免過度檢測或者檢測不足，同時使檢修有的放矢，對癥下藥，降低檢維修費用。

（4）保證機泵長周期、穩定運行，提高企業“潛在”利潤，增強企業市場競爭力。