狀態監測與故障診斷技術在化工設備維護中的應用

羅洋洋，張喜玲

（陜西延長中煤榆林能源化工有限公司，陜西 榆林 718500）

0 引言

由于化工設備的生產條件較差，使得其在制造過程中的故障頻次較高，并且其維護的風險相當大。因此，為了確保這些設備的安全和有效運轉，達到高質量和高效率的化工產品制造，必須采取科學的周期性維護和保養措施，以便讓這些設備始終保持優秀的運營狀況。一種全面的設備檢查和維護方法，就是狀況檢查和故障識別技術。狀態監測與故障診斷技術是一種綜合設備診斷管理技術，本文以該項技術中新興起的聲發射技術為例，分析聲發射技術在化工設備維護中的關鍵作用與價值，并就其應用模式進行分析。

1 化工設備維護工作分析

1.1 維護工作作用機理

化工設備維護工作不單指簡單性拆卸更換破損、殘缺的零部件，而是通過一系列技術性舉措及方法對化工設備零部件進行維修保養，包括多種檢測手段的使用、維修保養工作的實施，為了使化學設備的操作功能重新啟動，并且增強其耐久和穩定性，需要持續更新和改進化學機械的科學技術。這包括創新的機械制造方法、優化的機械架構、選擇的合適的原材料和精湛的生產流程，這些都將極大地提升化學機械的總體表現，但是，對于這些設備的日常維護任務，必須面對更多的挑戰。因此在進行化工設備維護工作的同時，應結合機械設備使用特點及其配置、應用工藝方面進行綜合分析，建立起完善、高效的化工設備維護維修機制。

1.2 維護工作特點

化工產品生產通常呈現不間斷運行的特點，而化工設備的維修維護工作涉及面廣、零部件多，每年停機保養時間又不宜過長，因此維護工作的難度很大。為保障化工設備的高效穩定運行狀態，降低關鍵零部件的故障率，就需要科學合理制定維護工作開展計劃，提高維護保養工作的高效性，從機械設備零部件供應調配、檢修手段實施方案設計等方面，實現化工設備的科學高效維護保養。

1.3 維護工作遵循基本原則

維護工作整體來說是一項系統工程，需要利用多項技術手段，不同專業類別人員，統籌協調制定出更為科學經濟的維護方案，對化工設備維護工作中的共性問題進行合理規劃處理。因此化工設備的維護工作需要遵循以下規定、技術兩個基本原則：在規定方面，要求完成維護工作后化工設備能夠滿足后續化工產品生產需要；在技術方面，需要保障維護保養工作后的化工設備運行可靠性、穩定性滿足相關標準，在最少維護成本、人力、物力以及維修時間內，使化工設備得到科學有效的維護保養[1]。

2 常用故障診斷技術分析

實際應用領域中故障診斷技術分為簡易診斷、故障診斷兩部分內容，其中簡易診斷技術是利用便攜測振儀器獲取設備中的主要數據參數，通過分析獲取信號實現故障的精確判斷。基于簡易檢測設備操作簡單、設備狀態檢測準確度高的特點，該項技術在化工設備狀態檢測方面應用較為廣泛，隨著計算機技術的普及應用，便攜式測振儀器的功能也更加完善[2]。故障診斷以齒輪故障為例，是依據齒輪運行狀態，監測出包括線譜、隨機譜、山狀譜三種頻率的線譜結構，在檢測到三種結構同時存在時，意味著化工設備運行狀態正常，通過該項技術可以對齒輪運轉過程中的磨損面積、設備損壞程度進行有效判斷：

1）噪聲振動法。利用傳感器對化工設備運行過程中產生的噪聲和振動信號進行收集和檢測，并以電信號的方式進行放大和傳輸。通過分析振動和噪聲的頻率，并結合各種信號處理技術，能夠識別和檢測化工設備的運行狀態和潛在的故障。

2）油液成分診斷。化工設備機械零部件運轉出現磨損時，產生的微量磨損金屬元素會帶入潤滑液液當中，因此可以分析潤滑油中的金屬粉末成分及含量，對化工設備運轉零部件的磨損情況進行判斷，并分析設備運行狀態。

3）聲發射法。當化工設備出現微裂紋或局部應力集中受力改變情況時，可以借助發射出的微弱聲音信號，實現故障點位的精確判斷，尤其是對管道、容器等設備的故障診斷尤為精確。

4）紅外成像技術。利用紅外成像儀，對高溫化工設備的故障損壞情況進行判斷分析，紅外成像儀可以得到設備的紅外熱場圖，并結合圖像分析設備的溫度分布，并進行定量定性分析判斷。

3 聲發射技術在化工設備維護中實例應用

主要利用狀態監控和故障識別技術來引領設備的保養狀況，透過解讀設備的當前操作情況，同時在保養期間全面了解所有的檢查參數，然后根據這些檢查的數據，配合化學設備的結構屬性和各項參數，進行準確的評估。利用多種數據資料來研究化學設備的問題根源、地點和種類，從而能夠有效地處理問題，并確保設備的正常運作。例如，當各種化學工業的壓縮容器發生泄漏，如轉子的裂痕或者是動靜部件的不正常摩擦，都能夠引起聲音的發射。所以，只需要檢查聲音的異常值，就能夠監控容器的運作情況，從而能夠準確地診斷問題。

3.1 化工廠汽輪機動靜摩擦監測

對旋轉機械進行動靜摩擦監測，往往需要與振動監測相互配合，才可實現故障的精確診斷，以某化工廠汽輪機安裝的聲發射摩擦監測裝置為例，通過分析日常監測記錄發現，汽輪機機組聲發射和振動監測數值，與實際正常運行時均顯著增大，如表1 所示[3]。

表1 汽輪機機組聲發射及振動監測數值

分析上述監測數值可以發現，聲發射及振動監測信號都遠超出實際正常運行數值，并超出預警值，同時波動頻繁，運行很不穩定。由于上次機組大修的依據就是通過分析監測信號發生異常，同時超出了報警值，因此可以判斷出汽輪機機組內部出現了動靜摩擦。通過對汽輪機停機大修發現，16 級葉輪圍帶徑向與阻汽片摩擦嚴重，摩擦寬度達到0.1～0.15 mm，磨損寬度達到10～15 mm，阻汽片磨損殆盡。同時20 級隔板汽封也磨損嚴重，汽輪機大軸出現了7 道彎曲，通過維修處理開機后，各項監測數值都降至閾值之下，均保持穩定。因此可以看出利用聲發射技術對機組進行狀態監測與故障診斷效果十分顯著，提前大修工作避免了汽輪機通流部分的惡化損壞，減緩了大軸嚴重彎曲情況，保障了設備的安全平穩運行。

3.2 化工廠高壓加熱器泄露監測

泄露監測裝置布置結構，如圖1 所示。1 臺加熱器泄露監測裝置可同步監測8 臺加熱器，利用擴展數據采集卡，甚至可實現16 臺加熱器同時監測。以9 月22 日上午8 時為監測起點，發現3、4#測點即疏水冷卻器的進出水口處，聲發射數值激增，數據波動性大，同時在23 日上午8 時達到了30 dB 以上，超過設定30 dB 閾值，泄露裝置報警，也即代表該疏水冷卻器發送泄露。經過拆卸檢查高壓加熱器內部結構發現，確實出現水管裂紋情況，并及時檢修堵管操作，監測裝置恢復正常。高壓加熱器泄露監測裝置聲發射記錄變化趨勢，如圖2 所示。

圖1 高壓加熱器泄露監測裝置布置方式示意圖

圖2 聲發射變化趨勢記錄曲線圖

4 結語

由于化學設備的復雜且惡劣的操作條件，它們的故障概率較高，一旦發生問題，將會對化學產品的制造造成巨大的影響，甚至有可能引發各種安全風險。所以，我們必須高度關注化學設備的管理和保養。利用狀況監控和故障診斷技術來保養化學設備，能夠有效地整體分析和掌握設備的運作情況，準確找出問題的源頭，并制定出具有針對性的保養和修復方案，從而滿足化學設備的保養和修理的需求。對于化學設備的長期穩定性，我們提供了強大的支撐。