遠程智能無線監測系統在煉化領域的應用研究

江嘉勇，韓旭

（1.中海石油寧波大榭石化有限公司，浙江 寧波 315100；2.中海油能源發展裝備技術有限公司，天津 300450）

1 前言

傳統煉化行業現行的維保工作基本以巡檢為主，以時間軸為監控依據。傳統點檢模式雖然能在一定程度上保證設備的安全運行，但是避免不了大量的維護工作。并且在點巡檢過程中通常也只能發現晚期故障，畢竟設備一旦能夠通過感官判斷，其必然已經瀕臨失效，快速的劣化以及突發性的故障依舊難以被發現。關鍵設備的檢修經常被錯過最佳的檢修時間，從而導致失效或者二次損傷，大型的煉化企業于裝置維護的費用動輒上億元，關鍵設備的維護成本也高達數千萬。目前中海油煉化企業，在上級公司完成性管理的號召下，已經從傳統巡檢向關鍵機組在線監測系統覆蓋與泵群定期離線狀態監測相結合的模式轉型，但在實施中發現定期離線監測模式在遏制突發故障中，時效性無法滿足，經摸索與行業內借鑒，對廠內關鍵機泵群設備進行無線狀態監測系統安裝并應用。

2 重要設備遠程智能監測的必要性

（1）針對關鍵設備運行狀態的大數據獲取，能夠讓診斷工程師可提前判斷設備故障，通過完備的監測數據進行專業的診斷，精準判斷故障原因，預測設備故障的劣化趨勢，達到設備壽命的預測，檢修的決策將臨時、非計劃停機轉變成預知性維修，降低非計劃停機占比。

（2）降低現場技術人員的工作量，減輕巡檢技術員的工作壓力，設備點檢的壓力由設備管理技術人員向廠內遠程監測診斷中心后臺診斷工程師轉移，診斷工程師將有更豐富的時間對廠內設備狀態進行精準的分析。

（3）結束檢修后設備的狀態評估：設備完成故障檢修之后，通過遠程智能狀態監測系統，大榭石化遠程監測診斷中心診斷工程師可對現場或第三方維保單位的檢修質量進行后評估，確保設備檢修達到預期。

3 無線遠程智能監測系統應用實施

3.1 系統結構

中海油大榭石化動設備遠程監測診斷中心智能監測系統共由三級組成，采用分布式架構設計，保證系統良好的擴展性。

現場數據采集層級：無線監測器（加速度傳感器）進行原始數據采集，通過內置處理模塊，將數據處理打包，并傳輸至現場無線網關之中，無線網關通過4G、WiFi、光纖等方式傳輸至現場裝置級服務器。

現場智能狀態監測層級：在廠內機房布置1套專業服務器，用于存貯從現場無線網關傳回的設備采集數據，廠內各類相關技術人員，均可通過電腦終端以WEB、客戶端軟件等方式訪問系統，實時了解被監測設備的運行狀態。

遠程智能診斷中心層級：中海油大榭石化成立的遠程監測診斷中心遠程診斷工程師、專家可對所有納入監測的設備進行全年無間斷值守。

3.2 系統運行模式

中海油大榭石化無線遠程監測診斷中心遠程智能監測系統通過在ISO對設備狀態監測標準要求中測點部位安裝無線監測傳感器，進行設備運行數據的實時采集，同時通過監測系統匯集傳輸的監測系統數據，并根據機組的運行的實施狀態來配置針對性的數據采集策略，并應用大數據、智能算法等主流方法形成報警策略，及時發現機組的運行異常狀態，并實現異常狀態、報警的自動推送。

3.3 現場安裝

大榭石化機泵群在線狀態監測系統由無線監測器、無線網關和狀態監測分析系統軟件組成，無線監測器通過“磁座+膠水粘接”固定在機泵的關鍵部位，無線監測器采集設備的振動、溫度數據，通過加密的無線傳輸協議將監測數據傳輸至無線網關，無線網關接收各傳感器采集的實時數據；無線網關以4G、光纖等通訊方式，將接收的數據經現場局域網最終傳輸到信息中心的服務器。

3.3.1 傳感器安裝

根據振動監測評估標準ISO 10816-3第三部分測量方法與操作條件中第二節規定：振動測量的位置與方向必須對于測量機器的動態力要有足夠的靈敏度典型情況下需要在每一個軸承蓋或軸承座兩個相互正交的徑向位置進行測量，由于是在線連續監測，考慮到實際應用中電機非驅動端軸承承載位置被冷卻風扇外罩遮擋，傳感器安裝不便，需要滿足并保證監測需求的同時結合企業設備結構特點。

傳感器通過“工業膠水與磁吸”的方式安裝在ISO規定的狀態監測關鍵位置。通過“工業膠水與磁吸”的方式安裝，傳感器安裝位置處設備表面需進行打磨處理，并清理油污及灰塵，確保粘接牢固，測點打磨成圓形面（Φ30mm）。

3.3.2 無線網關安裝

無線網關通過焊接支架的方式安裝在機泵附近的鋼梁或結構件上，支架采用不銹鋼結構。

3.3.3 聯合調試

無線監測系統在投入運行前，將進行系統聯合調試。系統聯合調試將完成下列內容：

（1）傳感器調試：傳感器的直流偏置電壓正常，通訊質量值正常，在線監測站的狀態正常。

（2）監測站調試：監測站運行正常，采集數據正常、連接正常、無重啟。

（3）網絡調試：網絡通訊運行穩定，無丟包、相關MAC地址綁定。數據調試：確保常規振動量數據按設定的時間隔離上傳，無誤信號、無丟包。確保長時域波形上傳正常，報警觸發長時域波形上傳正常。

（4）服務器調試：服務器連接監測站正常，系統運行正常，數據采集及回傳大榭石化遠程診斷中心正常。

（5）客戶端調試：用戶訪問服務器系統正常。

3.4 泵群狀態監測系統部署與使用

智能在線狀態監測診斷系統，可滿足現場設備管理與巡檢人員的設備狀態監測與故障診斷分析需求，通過該系統硬件與軟件組成的分析工具，可判斷機組的運行狀態，精準定位故障部位、故障原因、故障劣化的趨勢與模式。為后臺的故障診斷工程師提供了各類分析方法包括：趨勢分析、時域波形分析、頻譜分析、多頻譜多時域分析、包絡分析、伯德圖分析等。

系統必須針對設備能夠進行集中遠程智能監測。通過該系統平臺，可以通過智能報警策略，及時發現設備異常，并通過遠程專家會診功能，實現機組狀態的精準分析，找出問題的根源以及存在的潛在故障，避免由于潛在故障以及批量問題停機造成的巨大經濟損失，同時通過對潛在故障根源的分析以及損傷部件的壽命預測，實現機械部件最大限度利用。專家通過出具體檢報告和診斷報告，進而指導現場檢維修動作。

4 案例

在以離心泵、風機、螺桿機等旋轉機械中，為了提高設備的工作效率，在設計上逐漸把軸封、密封、油封間隙和葉片頂隙等設計得越來越精密，目的是防止介質泄漏。然而，過小的間隙也會引起流體動力激振，并且還會發生動靜部件的異常配合，引起摩擦。密封力作用、轉子的對中不良等原因引起高振后，輕者導致動靜部件的摩擦失效，嚴重的情況下發生轉子與定子（隔板等）的碰磨，最終釀成嚴重的惡性事故。根據經驗來看，碰磨的初期會產生異常的振動，設備在非計劃停機拆檢之前卻找不出異常振動根本原因。因此，必須了解干摩擦激振的故障特征，以便及時對這類故障做出診斷，防止更大事故的發生。

案例詳解：故障日期是2020年11月；設備名稱是提升管進料泵，主要參數見表1。

表1

故障表現：泵端速度頻譜表現為工頻及其多次諧波，葉輪通過頻率幅值較突出，振動速度值較高。時域波形沖擊明顯，設備異常，轉頻周期性沖擊、判斷為碰磨，碰磨位置為泵驅動端，軸與油封之間碰磨。

維修維護建議：機組應謹慎運行，關注振動及軸承溫度變化，準備切換備機，檢查軸與油封之間碰磨情況。

拆檢驗證：經停機驗證，端蓋與油封間碰磨。

5 應用的意義

遠程智能監測系統的實施，可以實時獲知受控機組的運行狀態，實現設備全生命周期中各個環節的安全監測，也實現了企業由流程驅動型管理向數據化、信息化驅動管理的現代化模式變革，是企業對設備管理模式的升級。

5.1 無線監測器便捷的安裝施工與維護

中海油大榭石化遠程監測診斷中心智能無線監測系統采用工業頻段設計，抗干擾能力強，數據無線傳輸距離遠，系統實施僅需電源線鋪設，監測器與數據采集單元間信息傳輸及與服務器間數據傳輸全部“零”線纜鋪設。

智能無線監測器采用磁座+強力粘接的無損安裝方式，同時配合2年使用壽命的大容量電池，降低了現場實施與維護成本，簡化了現場檢維修工作。

5.2 多參數同步采集

無線傳感器可以實現對多參數的同步采集，通過對工藝量、溫度、振動等數據的多重監測，在常見的機械與電氣故障實現狀態監測的基礎上，結合設備工況、中控數據等實現了機組突發性故障的預判。

5.3 智能數據采集、智能報警

用智能無線監測器，實現機組振動、溫度信號的自動采集、處理與傳輸，異常設備的數據采集策略自動調節，輕松實現設備無人值守監測。系統通過多種信號、多種報警機制相結合的智能報警體系，確保異常設備報警信息的準確性與及時性，實現所有監測設備的安全看護。

5.4 長波形采集

對于減速箱低速級等低轉速的部件監測而言，是業內公認的監測難點，針對低速變載設備的運行特點，針對性地開發了長波形采集技術，單條數據最長可達2m，以20k分析頻率計算，單條波形數據可連續采集40.96s，可以記錄多個故障周期。該技術對于軸承故障的發現和精確定位十分重要。而業內同行單條數據多在s級或ms級，從技術角度上難以精確定位故障。

5.5 個性化“遠程聽筒”功能

基于自身在長波形采集特色技術上的優勢，利用智能算法針對性開發了遠程聽筒功能，將持續數分鐘的長波形，轉換成聲音信號播放出來，對于輔助判斷減速箱低速齒故障定位有重要意義，同時遠程聽筒功能的開發，使得現場人員在辦公室即可實現設備側運行的監聽，極大節約現場點巡檢人員的工作量。

6 結語

泵群無線遠程智能監測系統不僅是一套軟硬件系統工具，對企業來說真正有價值是“看住設備”，因此系統只是為煉化企業服務的載體和開端，持續的進行應用與培養廠內專業的人才來進行專業診斷服務才是系統真正的價值所在。因此，中海油大榭石化遠程監測診斷系統的建立，同步也使廠內設備工程師不斷通過培訓、學習強化自身的故障診斷能力，不僅保證能夠良好的應用該技術，在診斷水平上更是持續提升，不遺余力確保廠內所有監控設備安全穩定運行，因此提供高附加值故障診斷服務。

通過該系統的應用：

（1）報警響應的主動性：積極應對異常設備報警，對于各運行部提出的設備疑惑及時解答，轉變為“顧問式”診斷服務，報警處理更提前，診斷正確率更高。

（2）診斷結論的準確性：診斷結論作為各運行部檢修動作的指導性依據，必須具備方向明確，結論清晰的特點，如果沒有該系統，通過感官、巡檢判斷將結論模糊化，將結論的對錯判斷掩飾為選擇題，則診斷結論的意義檢維修的價值就將大打折扣，通過系統智能預警結合專業工程師的經驗診斷分析，能夠做到結論清晰，指導性強，能夠為運行部的檢維護動作，提供強有力的指導。

（3）意見反饋的及時性：得出故障結論和處理意見后，通過對講機、內部通訊系統等多種手段通知現場。與傳統巡檢相比，有效避免故障進一步劣化和二次損傷。

（4）設備看護的針對性：以運行狀態為基礎，對機組進行“三等級”劃分：一般、關注、缺陷，“關注”設備1周1看，“缺陷”設備1天1看。

（5）服務溝通的持續性：從早期故障的捕獲開始就與和運行部持續溝通，直至最后檢修計劃下達。結合生產的需求，參與現場檢修，驗證診斷的正確性，形成不間斷的閉環管理