劉海洋

(洛陽三隆安裝檢修有限公司 , 河南 洛陽 471012)

0 前言

中國石化洛陽石化公司兩套催化裂化裝置主風機氣壓機軸系儀表應(yīng)用美國本特利3300/3500系列，由振動/位移/轉(zhuǎn)速檢測探頭、延伸電纜、前置放大器構(gòu)成，測量信號引入機組控制系統(tǒng)CCS實現(xiàn)實時檢測、顯示、超限報警或聯(lián)鎖。振動/位移/轉(zhuǎn)速檢測探頭測量原理上屬于電渦流傳感器類型，電渦流傳感器具有長期工作穩(wěn)定、可靠性高、靈敏度高、非接觸測量、抗干擾能力強、響應(yīng)速度快、不受油水等介質(zhì)影響的優(yōu)點，可以非接觸方式測量轉(zhuǎn)動機械的軸系振動位移轉(zhuǎn)速等狀態(tài)，可有效保護大型轉(zhuǎn)動機械設(shè)備，指導預測性維修，因此被廣泛用于對大型旋轉(zhuǎn)機械的軸系狀態(tài)實時監(jiān)測與報警聯(lián)鎖。

1 軸系儀表測量回路構(gòu)成及原理

機組軸系儀表測量回路由振動/位移/轉(zhuǎn)速檢測探頭、延伸電纜、前置放大器構(gòu)成，測量信號引入機組控制系統(tǒng)CCS實現(xiàn)實時檢測、顯示、超限報警或聯(lián)鎖。振動/位移/轉(zhuǎn)速檢測探頭測量原理上屬于電渦流傳感器類型。

1.1 電渦流傳感器——探頭

電渦流傳感器采用的是電渦流原理，是利用被測量的變化引起線圈自感或互感系數(shù)的變化，從而導致線圈電感量改變這一物理現(xiàn)象來實現(xiàn)測量。如圖1所示，電渦流傳感器的探頭端部被置入了一個扁平的線圈，當通有交變電流時，探頭會產(chǎn)生一個交變的磁場H1。此時把探頭靠近金屬導體，此金屬導體會產(chǎn)生電渦流，電渦流將產(chǎn)生一個與探頭產(chǎn)生的磁場方向相反的磁場H2。該磁場會抵消部分探頭產(chǎn)生的磁場，從而使探頭的有效阻抗發(fā)生變化。通過測量阻抗的變化即可測量探頭與金屬導體的距離d。

圖1 電渦流傳感器的原理

1.2 延伸電纜

在實際生產(chǎn)過程中，由于前置放大器的接線盒與探頭安裝位置距離較遠，探頭自帶電纜很難直接連接到前置放大器，這時就需要使用延伸電纜。延伸電纜用于傳輸探頭的原始信號，增加探頭信號的傳輸距離，并且可以縮短探頭尾部電纜的長度、便于維護和安裝。

1.3 前置放大器

電渦流傳感器測量需要交流信號的輸入，并且其輸出的阻抗信號也不能直接被控制系統(tǒng)接收，因此需要一種可以給電渦流傳感器提供交流信號并且可以將傳感器的輸出信號轉(zhuǎn)化成控制系統(tǒng)可以接收的信號類型的設(shè)備，這就是前置放大器。前置放大器內(nèi)部可以產(chǎn)生高頻電流信號送往探頭端部的線圈，并將探頭線圈的阻抗變化轉(zhuǎn)換成電壓輸出。

2 軸系儀表的實際應(yīng)用

按公司主風機氣壓機軸系儀表實際應(yīng)用經(jīng)驗，不論新品或是機組檢修利舊回裝，都是先對軸系儀表校驗，校驗數(shù)據(jù)符合測量標準儀器后，再安裝、調(diào)試。

2.1 探頭的校驗

為保證探頭完好能正常使用，在安裝探頭前需要對探頭進行校驗并保存記錄以便查驗。在校驗前，需要對探頭及其附件進行檢查，確保探頭及組成電纜組件完好。探頭端部的保護層不應(yīng)脫落或有劃痕，緊固件完好，接頭完好無氧化現(xiàn)象，測量插針與插頭外殼間的電阻值應(yīng)在7.0～9.0 Ω。如果電阻<1.0 Ω說明探頭短路，如果電阻>100 Ω說明探頭斷路；檢查延伸電纜完整，無短路斷路，接頭完好無氧化現(xiàn)象，保護層完好無破損；前置放大器安裝如圖2所示。安裝盒應(yīng)完好，前置放大器與安裝盒之間應(yīng)有完好的屏蔽層，確保信號電纜屏蔽層接地良好，并單點接地；前置放大器部件完好，功能正常，零點準確。

圖2 前置放大器安裝示意圖

探頭的校驗有靜態(tài)校驗和動態(tài)校驗，都需要使用本特利TK3-2E校驗儀，數(shù)字萬用表。靜態(tài)校驗如圖3所示。校驗時將探頭和延伸電纜連接好，并將延伸電纜的另一端接到前置放大器，前置放大器電源端接入-24VDC電源，萬用表正端接COM端，負端接OUT端。將探頭固定在探頭座上，使探頭頂部接觸到校驗靶片，調(diào)節(jié)校驗儀上的螺旋千分尺，記下初始的示值(最好將初始的示值控制在0)，每次增加0.25 mm，直到螺旋千分尺示值為2.5 mm，記錄每次的輸出電壓值。以公司氣壓機軸位移ZT-01為例，其探頭靜態(tài)校驗數(shù)據(jù)見表1。當探頭間隙在0.25～2.5 mm內(nèi)，其輸出值為接近線性。

圖3 探頭的靜態(tài)校驗示意圖

表1 電渦流傳感器校驗數(shù)據(jù)表

探頭傳感器動態(tài)校驗回路圖見圖4。將探頭固定在設(shè)備上，將具有刻度盤的千分尺安裝在搖臂架上，轉(zhuǎn)動到相應(yīng)的位置，測量其與轉(zhuǎn)子斜面盤的間隙大小。固定好探頭，調(diào)整振幅范圍為0.05～0.25 mm。用數(shù)字萬用表測量其電壓輸出值，將其與標準值對比，判斷探頭性能的符合性。

圖4 探頭動態(tài)校驗

2.2 振動探頭的安裝

振動探頭的安裝，應(yīng)保證測量軸表面光潔，不能存在刻痕，否則會影響探頭的測量，因此在安裝探頭之前，應(yīng)該與鉗工共同確認軸表面的光潔程度，如果存在刻痕應(yīng)對軸重新打磨。安裝振動探頭之前，應(yīng)保證安裝孔內(nèi)無異物堵塞，機組檢修時，應(yīng)對安裝孔做好封堵，防止異物進入安裝孔，如果是螺紋安裝孔應(yīng)保證螺紋良好。在把探頭擰入固定支架時，應(yīng)保證探頭電纜隨探頭自由轉(zhuǎn)動，不能有扭力。安裝時先將探頭裝入安裝孔，然后將探頭、延伸電纜、前置放大器連接好，數(shù)字萬用表測量前置放大器的輸出電壓，根據(jù)校驗記錄，緩慢調(diào)整探頭，使萬用表指示的電壓大概為間隙-電壓曲線線性范圍中間值的電壓，經(jīng)驗值額定電壓為9 V，然后將探頭支架固定好即可完成振動探頭的安裝。

2.3 位移探頭的安裝

位移探頭的安裝應(yīng)與專業(yè)人員配合，機組安裝或檢修完成尚未安裝聯(lián)軸節(jié)時，由專業(yè)人員把軸撬到零位參考位置。此位置一般為軸位移量的中間位置，將探頭、延伸電纜、前置放大器連接好并連接萬用表，觀察萬用表示值，將探頭安裝在探頭特性曲線線性區(qū)間的中點位置，經(jīng)驗值額定電壓為10 V。探頭安裝完成后，由專業(yè)人員配合將軸撬到非零位參考位置的兩端，觀察監(jiān)控畫面所指示的上下行竄量是否與鉗工人員用千分表測得的一致，若一致則完成位移探頭的安裝，若不一致則需分析原因，再次調(diào)整探頭安裝位置，直到結(jié)果一致。

2.4 探頭及附件安裝注意事項

探頭和延伸電纜安裝時應(yīng)注意探頭所帶電纜的長度和延伸電纜的長度之和不能超過前置放大器允許的最大長度，如果探頭或延伸電纜故障需要更換時不能改變原有長度，否則會造成測量不準。探頭選型時，應(yīng)保證探頭與延伸電纜的連接處位于機殼的外部，這樣可避免連接處轉(zhuǎn)換頭被機器內(nèi)部的潤滑油污染，另外應(yīng)使探頭與延伸電纜的連接處位于就近的接線盒內(nèi)，不能置于穿線管中，方便維護和更換探頭或延伸電纜。

為了防止在安裝過程中損壞接頭和電纜，避免接頭與穿線管或機殼接觸，加強接頭的密封性，對電纜和接頭要進行外套熱縮管或使用聚四氟乙烯密封帶纏繞后穿線安裝，但是不能用帶有黏性的電工膠布纏繞絕緣接頭，因為油霧會溶解膠帶上的黏性物，從而導致密封不嚴。

3 機組軸系儀表常見故障與處理

振動和位移的準確測量對于機組的穩(wěn)定運行至關(guān)重要，一般振動和位移探頭都是成對安裝的，并且多數(shù)都設(shè)有報警、聯(lián)鎖，如果其中一個不正常，需要及時處理。此時若觀察其他工藝參數(shù)正常且另一個探頭顯示沒有問題，就可以判斷該探頭測量故障。

3.1 測量線路問題與排查

軸系儀表監(jiān)測系統(tǒng)回路如圖5所示。

圖5 電渦流傳感器系統(tǒng)連接圖

引起故障的原因有以下幾個方面：探頭與延伸電纜的連接處松動或接地，延伸電纜與前置放大器連接松動，前置放大器接線松動。這時就要逐一檢查，在檢查前，如果儀表有聯(lián)鎖先摘除聯(lián)鎖。檢查探頭與延伸電纜處的熱縮管或聚四氟乙烯密封帶有沒有破損，連接處有沒有接地，連接處是否松動，若有這些情況，緊固連接處并用熱縮管或聚四氟乙烯密封帶重新包裹纏繞連接處。檢查延伸電纜與前置放大器連接處是否松動，如果松動則重新緊固。檢查前置放大器接線有沒有松動，端子有是否有腐蝕的現(xiàn)象，如果這些問題，重新緊固端子，若端子生銹則需要對端子除銹。在排除以上原因之后，還應(yīng)考慮前置放大器的供電是否正常。測量電壓，當測量回路有安全柵時，電壓正常范圍為-26～-23.5 V，沒有安全柵時正常范圍應(yīng)為-26～-17.5 V，若電壓不在范圍內(nèi)，應(yīng)檢查供電線路有無異常以及系統(tǒng)供電是否異常。

3.2 探頭及其附件問題排查

首先檢查探頭，脫開探頭與延伸電纜的連接，測量探頭的電阻是否正常，電阻正常值如表2所示。若電阻異常，需要停下機組更換同型號探頭。檢查延伸電纜，脫開延伸電纜與前置放大器和探頭的連接，測量延伸電纜兩端內(nèi)芯阻值和兩端外芯阻值，正常阻值如表3所示。若阻值不在正常范圍，則應(yīng)更換同型號延伸電纜。檢查探頭和延伸電纜無故障后應(yīng)檢查前置放大器，先將監(jiān)測系統(tǒng)連接好，用萬用表測量前置放大器輸出端，脫開延伸電纜與前置放大器的連接，觀察萬用表的示數(shù)有無變化；若無變化，則前置放大器故障，更換同型號前置放大器。

表2 探頭阻值表

表3 延伸電纜阻值表

3.3 軸系儀表典型干擾問題及解決

二催化裝置主風機首次安裝開機后，出現(xiàn)多次軸系儀表測量瞬間跳動、超限聯(lián)鎖停機現(xiàn)象。為了保證機組正常運行，采取摘除軸系儀表聯(lián)鎖方式。運行一個周期后，排查出測量瞬間跳動的原因，是施工單位為了施工穿管方便，把多芯電纜外層保護皮剝掉了，裸露的屏蔽層與金屬管接觸，形成多點對地，失去了信號干擾防護屏障。為了解決問題，重新更換新的信號線，開機運行以后，再沒有出現(xiàn)過干擾導致軸系儀表測量的問題。

3.4 軸系監(jiān)測誤報問題與預防

由于測量回路中接線松動、接觸不良、干擾、線路烤壞等原因，導致軸系儀表出現(xiàn)振動、位移波動、瞬間跳動等失靈情況，出現(xiàn)誤報警或錯誤聯(lián)鎖，造成機組停機，切斷進料。

為預防軸系儀表測量失靈或誤報的情況，采取了聯(lián)鎖觸發(fā)時間延遲3 s，聯(lián)鎖邏輯改為“二取二”，避免了多次軸系儀表測量誤報造成的機組停車。

3.5 煙機非聯(lián)軸端振動探頭及延伸電纜經(jīng)常高溫烤壞故障與解決方法

一催化主風機煙機非連軸端蝸殼振動探頭原安裝方式為通過支架固定安裝在蝸殼預留的安裝孔，但是在煙機運行過程中會導致蝸殼溫度過高，出現(xiàn)烤壞探頭及延伸電纜的現(xiàn)象。解決方案是通過改造將探頭安裝位置移至蝸殼內(nèi)部。改造方案中，探頭固定架制作要求：①板材加工后厚度為10 mm，用L250角鋼整體加工成型，兩平面的垂直角度偏差≤0.02 mm，表面粗糙度Ra≤3.2 μm。②支架的螺栓絲孔為M8 mm×1.25 mm，深度為20 mm，探頭內(nèi)孔螺栓M10 mm×1 mm，支架兩個螺栓孔在探頭螺栓孔中心線兩邊對稱布置，各螺帽均需要配套防松墊片。③支架在探頭垂直微調(diào)后涂抹固持膠進行固定或?qū)χЪ苓M行電焊固定。

4 結(jié)論

大型機組狀態(tài)監(jiān)測軸系儀表采用本特利等主流進口品牌產(chǎn)品，儀表性能穩(wěn)定質(zhì)量可靠，軸系儀表應(yīng)用中常見故障大部分是接線松動或線路烤壞等問題，安裝質(zhì)量或安裝方式等問題。因此在安裝探頭時要注意正確安裝，以及做好對探頭和延伸電纜的保護，并且在安裝前和機組檢修拆除探頭后要及時做好探頭的校驗，如果發(fā)現(xiàn)校驗數(shù)據(jù)不符合標準要求，排查原因后及時更換探頭或附件。

為了提高儀表檢維修人員對軸系儀表的安裝技能，2021年11月，培訓基地安裝了兩臺壓縮機，裝配了本特利的振動/位移/轉(zhuǎn)速等軸系儀表，搭建了實訓平臺，并制定了2022年作業(yè)層員工軸系儀表專項安裝與調(diào)試培訓計劃，大大提升了公司對大型機組軸系儀表安裝檢修及維護水平。