◎ 李靜 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院

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港口大型設(shè)備安全在線監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

◎ 李靜 交通運(yùn)輸部水運(yùn)科學(xué)研究院

港口大型設(shè)備是港口作業(yè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，其故障停機(jī)或發(fā)生事故都會(huì)給港口裝卸生產(chǎn)造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成人員傷亡。傳統(tǒng)檢測(cè)方法無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備的安全狀態(tài)，而港口裝卸事故通常具有不確定性和不可預(yù)見性，因此，為了確保設(shè)備安全可靠運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)港口大型設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)必定成為一種趨勢(shì)。

港口 大型設(shè)備 監(jiān)測(cè)技術(shù)

1.引言

近年來，港口大型設(shè)備事故時(shí)有發(fā)生，靠傳統(tǒng)檢測(cè)很難及時(shí)、全面發(fā)現(xiàn)故障發(fā)生的預(yù)兆及發(fā)展趨勢(shì)。而起重機(jī)械事故通常具有不確定性和不可預(yù)見性，其造成的結(jié)果卻是極其嚴(yán)重的。目前，我國大部分港口普遍缺乏一套行之有效地實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和評(píng)估港口大型設(shè)備的技術(shù)和方法。若不能及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取港口大型設(shè)備真實(shí)的狀態(tài)信息，則會(huì)給設(shè)備運(yùn)行留下安全隱患。隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展、貨運(yùn)量的大幅增加，確保港口機(jī)械設(shè)備的技術(shù)性能狀態(tài)經(jīng)常處于良好狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，避免突發(fā)性故障的發(fā)生是亟待解決的問題。

2.港口大型設(shè)備檢測(cè)存在的問題

通過調(diào)研分析，當(dāng)前港口大型設(shè)備在安全管理上主要有以下幾個(gè)問題。

（1）部分港口缺乏先進(jìn)的檢測(cè)手段、方法及設(shè)備，對(duì)港口大型設(shè)備的維護(hù)主要以日常檢測(cè)為主，不能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確地反映設(shè)備的實(shí)際狀況。

（2）各港口的檢測(cè)人員檢測(cè)技術(shù)水平不一，對(duì)關(guān)鍵的失效模式并不能進(jìn)行準(zhǔn)確地判別，檢測(cè)和診斷則缺乏較強(qiáng)的針對(duì)性。

（3）港口現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)繁忙、環(huán)境惡劣，不停機(jī)檢測(cè)和檢測(cè)數(shù)據(jù)的傳輸存在很大的困難。且設(shè)備運(yùn)行狀況相關(guān)數(shù)據(jù)大量流失，對(duì)設(shè)備的健康狀況診斷數(shù)據(jù)匱乏。

（4）港口大型設(shè)備缺乏有效的在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)設(shè)備、系統(tǒng)及安全評(píng)估系統(tǒng)。

以上問題已成為港口大型設(shè)備安全、可靠運(yùn)行的潛在隱患。因此，迫切需要一種能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)源的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)來解決這些難題，及早發(fā)現(xiàn)缺陷并判斷缺陷是否具有危險(xiǎn)性，以使能及時(shí)維修處理，避免起重機(jī)事故的產(chǎn)生。

3.港口大型設(shè)備安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究

目前，針對(duì)港口大型設(shè)備檢測(cè)的常規(guī)辦法主要有目測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉探傷檢測(cè)和超聲波檢測(cè)等方法。以上檢測(cè)方法具有很大的局限性。首先，結(jié)構(gòu)表面去漆，不僅耗時(shí)長，且對(duì)于不規(guī)則的構(gòu)件表面檢測(cè)比較困難，對(duì)人的操作技術(shù)水平要求較高，但效率較低。第二，射線檢測(cè)對(duì)人的身體有害，檢測(cè)時(shí)必須有很嚴(yán)格的保護(hù)措施。第三，起重設(shè)備檢測(cè)屬于高空作業(yè)，存在一定的難度，且檢測(cè)的范圍有一定的局限。第四，目測(cè)等方法很容易引入主觀誤差。基于以上原因，一般性檢測(cè)手段對(duì)于港口重大設(shè)備的缺陷診斷，誤判、漏判很難避免，且不能實(shí)時(shí)準(zhǔn)確反映在役設(shè)備的真實(shí)狀況，對(duì)于設(shè)備運(yùn)行將留下安全隱患。

隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，國外較早地開展了起重設(shè)備的在線監(jiān)測(cè)與診斷研究，將成果應(yīng)用到實(shí)際，并取得顯著的經(jīng)濟(jì)效益。近年來，國內(nèi)對(duì)于港口起重設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究也向多方面進(jìn)行了拓展。

3.1港口大型設(shè)備安全監(jiān)測(cè)技術(shù)

3.1.1基于電阻應(yīng)變技術(shù)的無線應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

電阻應(yīng)變技術(shù)是通過電阻絲應(yīng)變與電阻變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系來獲得被測(cè)件在貼有應(yīng)變計(jì)處的結(jié)構(gòu)應(yīng)變值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)的檢測(cè)。該方法技術(shù)成熟，成本較低，不會(huì)對(duì)待測(cè)構(gòu)件造成損傷。當(dāng)前國內(nèi)學(xué)者開展了無線應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的研究。無線應(yīng)力在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是借助遙測(cè)技術(shù)獲取結(jié)構(gòu)受力部位的應(yīng)力信息，并實(shí)時(shí)傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)設(shè)備，以達(dá)到實(shí)時(shí)了解起重機(jī)結(jié)構(gòu)受力狀態(tài)的一種起重機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。此技術(shù)中應(yīng)力的采集多采用電阻應(yīng)變技術(shù)。電阻應(yīng)變片其耐蝕性、耐濕性、耐久性差，環(huán)境適應(yīng)性差，難以實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)起重機(jī)長期監(jiān)測(cè)的目的。此外，該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在干擾因素過多，傳輸距離較大的情況下，無法保證數(shù)據(jù)能夠安全無誤傳輸。

3.1.2聲發(fā)射技術(shù)

聲發(fā)射技術(shù)，它是以瞬態(tài)應(yīng)力波的形式迅速釋放其內(nèi)部積累的應(yīng)變能的過程，可準(zhǔn)確捕捉活動(dòng)裂紋的位置。聲發(fā)射技術(shù)用儀器探測(cè)、記錄、分析聲發(fā)射信號(hào)，并利用聲發(fā)射信號(hào)對(duì)聲發(fā)射源的狀態(tài)做出正確判斷。聲發(fā)射技術(shù)具有動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)、整體和連續(xù)等特點(diǎn)，對(duì)結(jié)構(gòu)的形狀、尺寸不敏感，可以對(duì)大型結(jié)構(gòu)進(jìn)行大面積的檢測(cè)。它能夠在線檢測(cè)、監(jiān)測(cè)活性缺陷。對(duì)于受力情況復(fù)雜的起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)，它比超聲波、磁粉檢測(cè)效果更好、更真實(shí)，同時(shí)也可以減少檢驗(yàn)中不必要的停機(jī)。聲發(fā)射技術(shù)可以彌補(bǔ)常規(guī)無損檢測(cè)方法的不足，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)狀態(tài)的整體監(jiān)測(cè)，為有效地安全監(jiān)測(cè)提供準(zhǔn)確的依據(jù)。

聲發(fā)射技術(shù)不能提供被測(cè)件的靜態(tài)缺陷。在實(shí)際中，由于大型起重機(jī)械工作環(huán)境比較惡劣，噪聲非常大，而聲發(fā)射信號(hào)卻非常微弱，聲發(fā)射信號(hào)則很容易被噪聲湮沒，實(shí)際測(cè)得的聲發(fā)射信號(hào)將含有較多電氣、機(jī)械噪聲，在實(shí)際的工程應(yīng)用中聲發(fā)射監(jiān)測(cè)效果并不太理想。

3.1.3光纖光柵傳感技術(shù)

光纖傳感技術(shù)是一種以光波為載體，光纖為媒質(zhì)，感知和測(cè)量被測(cè)量信號(hào)的新型傳感技術(shù)。光纖光柵傳感技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)，不受電磁、噪聲影響；靈敏度、可靠性高；能串接復(fù)用，可實(shí)現(xiàn)分布式監(jiān)測(cè)；耐久性好，動(dòng)態(tài)響應(yīng)快，信息傳輸遠(yuǎn)，信號(hào)長距離傳輸不需要專門的調(diào)節(jié)，可滿足長期健康監(jiān)測(cè)的要求。但傳感器、檢測(cè)儀等設(shè)備成本相對(duì)較高，且光纖傳感器對(duì)溫度同樣敏感，在實(shí)際應(yīng)用中需要采取相應(yīng)的溫度補(bǔ)償措施。光纖光柵傳感技術(shù)目前多用于橋梁結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)。

3.1.4數(shù)字圖形圖像處理技術(shù)

數(shù)字圖形圖像處理技術(shù)是通過將采集到的圖像信息轉(zhuǎn)化為數(shù)字信息，并利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行除噪、增強(qiáng)、復(fù)原、分割、提取等處理的方法與技術(shù)。基于數(shù)字圖像處理技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法是一種新型的非接觸式監(jiān)測(cè)方法。基于數(shù)字圖形圖像處理技術(shù)的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)與光纖傳感技術(shù)等監(jiān)測(cè)技術(shù)相比，成本較低。它是一種實(shí)時(shí)的、高精度的、遠(yuǎn)距離的、能進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜動(dòng)態(tài)位移監(jiān)測(cè)的監(jiān)測(cè)方法。該方法不傷及被測(cè)物，不干擾被測(cè)物自然狀態(tài)，且可瞬時(shí)獲取被測(cè)物體大量物理信息和幾何信息?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法對(duì)于拍攝環(huán)境要求較高?；跀?shù)字圖像處理技術(shù)的監(jiān)測(cè)方法現(xiàn)多用于橋梁、坡道等相對(duì)簡單的結(jié)構(gòu)。起重設(shè)備工作環(huán)境復(fù)雜，利用照相機(jī)技術(shù)在無線網(wǎng)絡(luò)傳輸速度低的情況下不易滿足起重設(shè)備監(jiān)測(cè)的需求。利用數(shù)字?jǐn)z影測(cè)量技術(shù)進(jìn)行自動(dòng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)將是今后鋼結(jié)構(gòu)安全監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2港口大型設(shè)備監(jiān)測(cè)管理

對(duì)監(jiān)測(cè)得到的數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，若分析得到異常數(shù)據(jù)，應(yīng)對(duì)用戶及時(shí)發(fā)出警告并尋找產(chǎn)生異常的原因，通過檢修維護(hù)，排除異常，以達(dá)到消除事故隱患的目的，實(shí)現(xiàn)安全監(jiān)控與起重機(jī)正常作業(yè)同時(shí)進(jìn)行。使用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以積累大量史數(shù)據(jù)，當(dāng)起重機(jī)出現(xiàn)故障，可以為維修人員查找故障提供依據(jù)，在故障發(fā)生之前做出預(yù)報(bào)，減少事故發(fā)生的概率和損失，提高起重機(jī)的安全性和可靠性。

4.結(jié)束語

本文充分比較了各種港口大型設(shè)備安全監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)及技術(shù)特性，為港口企業(yè)和相關(guān)科研單位提供參考。開展港口大型設(shè)備安全監(jiān)測(cè)技術(shù)研究，開發(fā)起重設(shè)備安全在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)于港口相關(guān)部門及時(shí)掌握港口在役設(shè)備的運(yùn)行狀況，防止起重事故的發(fā)生具有重要的意義。

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