煤氣加壓機智能監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用研究

李凱銘，孫 強，周 楊，高金虎

（1.酒鋼集團牙買加阿爾帕特氧化鋁公司；2.酒鋼集團宏興股份公司，甘肅嘉峪關(guān) 735100）

前言

酒鋼宏興股份公司動力廠碳鋼燃?xì)庹尽艋訅赫尽⒅泻癜寮訅赫救齻€站所共有12 臺煤氣加壓機，主要作用是對高爐煤氣和焦?fàn)t煤氣進(jìn)行加壓。設(shè)備日常維護(hù)模式為點檢人員依據(jù)人工測溫、測振數(shù)據(jù)，制定設(shè)備維護(hù)計劃，實施維護(hù)工作。

1 人工檢測存在的問題

1.1 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集準(zhǔn)確性低

設(shè)備運轉(zhuǎn)狀態(tài)下重點檢測的軸承振動、溫度等數(shù)據(jù)均為人工手持儀器采集。檢測數(shù)據(jù)受人員技能、儀器精密度、采集方法、采集位置等多方面因素影響，存在一定的誤差，不能準(zhǔn)確反映設(shè)備運行狀態(tài)。

1.2 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集間隔長

煤氣加壓機設(shè)備的振動、溫度是反應(yīng)設(shè)備運轉(zhuǎn)狀況的重要參數(shù)，可以直接判斷設(shè)備是否存在異常，因此，數(shù)據(jù)的實時采集和分析尤為重要。而目前以上兩個參數(shù)的采集周期為2 h，由于數(shù)據(jù)采集間隔長，不能準(zhǔn)確判斷設(shè)備運行狀況，存在維護(hù)不及時的問題。

1.3 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)采集存在安全風(fēng)險

煤氣加壓站值班人員僅為2～3 人，其中一人需承擔(dān)監(jiān)盤工作，其余人員承擔(dān)設(shè)備維護(hù)、巡檢、操作等工作。目前值班人員數(shù)量不能滿足生產(chǎn)操作、設(shè)備維護(hù)的需要，且煤氣加壓機溫度、振動需2 h 檢測一次，在一定程度上增加了人員暴露在煤氣區(qū)域的頻次，存在人員發(fā)生煤氣中毒的風(fēng)險。

1.4 設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)信息不能及時發(fā)布

設(shè)備狀態(tài)采集數(shù)據(jù)僅上傳信息化平臺，只能通過公司內(nèi)網(wǎng)平臺查詢數(shù)據(jù)。在故障判斷方面只能采用離線分析法，依靠人員經(jīng)驗判斷原因，存在故障原因分析不準(zhǔn)確的問題。

2 煤氣加壓機智能監(jiān)測技術(shù)應(yīng)用改造

2.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)方案比選

為對設(shè)備運行狀態(tài)進(jìn)行實時監(jiān)控，擬對煤氣加壓機及電機增設(shè)溫度、振動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測信號引入各煤氣加壓站主控室集中監(jiān)控。

方案一：無線監(jiān)測系統(tǒng)。溫度、振動監(jiān)測裝置采用一體式無線傳感器，傳感器電源由內(nèi)置電池提供，通過設(shè)備就近安裝的無線采集裝置接收監(jiān)測信號，再通過光纜或無線信號傳輸至控制室內(nèi)監(jiān)控后臺接收裝置。

優(yōu)點：無線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)備安裝方便快捷、傳感器檢修更換難度小，施工過程中不涉及信號電纜及管線的敷設(shè)。

缺點：無線監(jiān)測系統(tǒng)易受到外界電磁場干擾，傳輸信號不穩(wěn)定，信號傳輸?shù)挠行Ь嚯x無法得到保障；傳感器需要自帶電池供電，若連續(xù)傳輸信號，需要頻繁更換電池，增加了維修成本，且設(shè)備故障點增多。

方案二：有線監(jiān)測系統(tǒng)。溫度、振動監(jiān)測裝置采用一體式有線傳感器，傳感器電源由數(shù)據(jù)采集裝置保護(hù)箱內(nèi)24 V 開關(guān)電源提供，監(jiān)測信號通過屏蔽電纜接引至設(shè)備就近的數(shù)據(jù)采集裝置，再通過光纜傳輸至控制室內(nèi)監(jiān)控后臺［1］。

優(yōu)點：有線監(jiān)測系統(tǒng)信號傳輸穩(wěn)定、連續(xù)，不易受到外界電磁信號的干擾，可以根據(jù)監(jiān)控參數(shù)的重要程度，設(shè)置傳感器發(fā)送數(shù)據(jù)的周期和頻率。

缺點：有線監(jiān)測系統(tǒng)需要額外配置傳感器專用電源模塊及電源線，且實施過程中每個傳感器需要敷設(shè)屏蔽電纜以傳輸信號，增大了施工量及難度。

方案比選結(jié)果：依據(jù)現(xiàn)場設(shè)備實際運行工況及設(shè)備重要性，方案二在數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠采集與傳輸方面優(yōu)于方案一，可實現(xiàn)實時連續(xù)監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)，故選用方案二。

2.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由軸溫傳感器、加速度振動傳感器、數(shù)據(jù)采集器、匯聚控制器及監(jiān)測軟件平臺組成，監(jiān)控后臺及采集器信號匯集裝置安裝于各煤氣加壓站集中控制室內(nèi)。煤氣加壓機溫度、振動系統(tǒng)組成示意圖見圖1。

圖1 煤氣加壓機溫度、振動系統(tǒng)示意圖

2.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)原理

現(xiàn)場安裝的每個傳感器都具有唯一的ID，安裝過程中記錄每臺設(shè)備的物理位置編號，并與所對應(yīng)安裝的傳感器ID 綁定。通過有線采集器的傳輸，將實時監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳至控制室監(jiān)控系統(tǒng)，并可根據(jù)實際需求將部分重要節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據(jù)錄入云端服務(wù)器數(shù)據(jù)庫中，以便于通過移動終端查詢。

2.4 在線監(jiān)測數(shù)據(jù)采集

煤氣加壓機和電動機的溫度、振動監(jiān)測元件采用軸承測溫傳感器及加速度振動傳感器，通過磁吸座粘貼或螺紋安裝于電機的軸承側(cè)和加壓機的軸瓦側(cè)，測溫、測振點設(shè)置見表1。在加壓機就近位置設(shè)置一套有線數(shù)據(jù)采集器，將監(jiān)測信號上傳至控制室，并在控制室內(nèi)設(shè)置集中數(shù)據(jù)處理器，接受上傳信號。

表1 煤氣加壓機、電機測溫、測振點設(shè)置

2.5 在線監(jiān)測系統(tǒng)功能

2.5.1 設(shè)備運行狀態(tài)實時監(jiān)測功能

實時監(jiān)測電動機、加壓機設(shè)備運行狀態(tài)；實時監(jiān)測電動機、加壓機溫度、振動并在超限時進(jìn)行報警。

2.5.2 監(jiān)測數(shù)據(jù)超限報警功能

監(jiān)測數(shù)據(jù)超限報警后，在故障前進(jìn)行預(yù)警提示，發(fā)出語音報警提示值班人員需要進(jìn)行檢查與維護(hù)，值班人員持便攜式檢測儀器對溫度、振動監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行手動檢測，以排查是否是監(jiān)測儀表出現(xiàn)故障。同時，值班人員通過聲音進(jìn)一步確認(rèn)設(shè)備狀態(tài)，如設(shè)備異常，立即安排停機處理。

2.5.3 監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲功能及匯總管理

該系統(tǒng)能夠自動存儲數(shù)據(jù)一年，也可以根據(jù)實際需要設(shè)定存儲時長、數(shù)據(jù)存儲間隔等；系統(tǒng)兼容多種國際計算機通訊協(xié)議（DDE、OPC、FTP）和工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（IEC 61850、IEC 104、modbus），可與其他綜合系統(tǒng)掛接或與局端軟件進(jìn)行通信，將監(jiān)測數(shù)據(jù)匯總統(tǒng)一管理［2］。

2.5.4 故障診斷功能

將設(shè)備的異常狀態(tài)特征與典型故障特征進(jìn)行對比，找出疑似的故障原因及故障部位，通過報警報表功能打印出有關(guān)報警的詳細(xì)結(jié)果，為人工判斷故障原因提供依據(jù)。

2.6 在線監(jiān)測系統(tǒng)特點

（1）人性化的人機交互界面

界面設(shè)置總貌圖（區(qū)域總貌圖和單機總貌圖），區(qū)域總貌圖可以實時顯示所有設(shè)備健康狀態(tài)、運行狀態(tài)、故障部位、故障趨勢折線圖；單機總貌圖界面顯示設(shè)備信息、銘牌、設(shè)備運行情況（運行時長、運行率）、近期檢修、單體設(shè)備3D模型溫度以及振動等實時狀態(tài)，方便人員監(jiān)控設(shè)備狀況。

（2）多級用戶操作權(quán)限管理

系統(tǒng)設(shè)有技術(shù)負(fù)責(zé)人、點檢負(fù)責(zé)人、崗位負(fù)責(zé)人三個不同級別的操作權(quán)限，需要進(jìn)行身份識別（輸入密碼）后才能登錄系統(tǒng)實施各自權(quán)限內(nèi)的操作，以確保系統(tǒng)運行的安全。

（3）參數(shù)設(shè)置方便

在系統(tǒng)軟件中，可根據(jù)實際情況能方便地對設(shè)備參數(shù)、系統(tǒng)運行參數(shù)、報警限值進(jìn)行設(shè)置，從而實現(xiàn)系統(tǒng)整體能效比的最大化。

（4）故障診斷分析技術(shù)

系統(tǒng)采用在線分析方法，通過監(jiān)測數(shù)據(jù)對設(shè)備進(jìn)行全方位分析與診斷，提供診斷結(jié)論和檢修建議，指導(dǎo)人員對設(shè)備開展檢查、檢修工作［3］。

（5）設(shè)備運行參數(shù)查看方便

各級人員可利用手機端APP 軟件隨時查看監(jiān)測數(shù)據(jù)及警告通知，解決只能通過公司內(nèi)網(wǎng)平臺查詢數(shù)據(jù)的問題，方便多人在線診斷，可及時確認(rèn)設(shè)備故障原因。

3 項目實施效果

本項目實施后，實現(xiàn)設(shè)備智能監(jiān)測功能，實時監(jiān)測設(shè)備振動、溫度運行參數(shù)，準(zhǔn)確掌握設(shè)備運行狀況，通過運行參數(shù)報警功能，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行存在的問題并提供診斷結(jié)論和檢修建議，為設(shè)備問題的及時處理提供依據(jù)。同時，崗位人員點檢周期由2 h延長至12 h，降低了人員勞動強度。

例如：凈化加壓站4#加壓機電動機軸承溫度報警值70 ℃、停機報警值75 ℃；振動報警值0.055 mm、停機報警值0.065 mm。2023 年4 月6 日凈化加壓站4#加壓機電動機前軸承溫度監(jiān)測70 ℃報警，工程師、點檢、崗位人員分析4 月1 日～5 日溫度和振動趨勢，發(fā)現(xiàn)4#加壓機電動機前軸承溫度和振動均出現(xiàn)緩慢上升趨勢，溫度、振動的人工檢測數(shù)據(jù)與系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)基本一致，對設(shè)備補加潤滑油，觀察運行狀態(tài)。4 月7 日4#加壓機電動機前軸承溫度值達(dá)到75 ℃，振動值達(dá)到0.06 mm，系統(tǒng)發(fā)出停機報警，診斷結(jié)論為溫度、振動異常，檢修建議為檢查電動機前軸承有無異常。崗位人員根據(jù)停機警報要求立即對機組停機檢修，在4 月8 日～9 日電動機軸承檢查過程中，發(fā)現(xiàn)軸承滾動體存在磨損是軸承溫度上升的主要原因，檢查結(jié)果與系統(tǒng)診斷結(jié)論一致。通過系統(tǒng)及時報警和指導(dǎo)結(jié)論，避免了設(shè)備故障發(fā)生，準(zhǔn)確完成缺陷處理，快速完成機組投運。凈化加壓站4#加壓機、電機軸承溫度監(jiān)測值趨勢圖見圖2、軸承振動監(jiān)測值趨勢圖見圖3。

圖2 軸承溫度監(jiān)測值趨勢圖

圖3 軸承振動監(jiān)測值趨勢圖

4 結(jié)論

酒鋼宏興股份公司動力廠碳鋼燃?xì)庹尽艋訅赫尽⒅泻癜寮訅赫緫?yīng)用煤氣加壓機智能監(jiān)測技術(shù)后，實現(xiàn)了多層級設(shè)備運行參數(shù)實時在線監(jiān)測功能。該系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，可通過系統(tǒng)報警及時發(fā)現(xiàn)故障，并依據(jù)系統(tǒng)診斷結(jié)果為設(shè)備檢修提供參考，有效避免了設(shè)備因突發(fā)故障停機引發(fā)的煤氣泄漏及煤氣供應(yīng)中斷事故，提升了設(shè)備的保供能力。