金江勇

（四川石化南充煉油廠，四川南充 637000）

0 引言

一臺(tái)機(jī)組從設(shè)計(jì)、制造到安裝、運(yùn)行、維護(hù)、檢修有許多環(huán)節(jié)，任何環(huán)節(jié)出問題都會(huì)造成機(jī)組性能劣化或故障。機(jī)組在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，其內(nèi)部運(yùn)動(dòng)部件如轉(zhuǎn)子、軸承等必然會(huì)受作用力、熱摩擦等，影響其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，最終會(huì)導(dǎo)致機(jī)組故障發(fā)生。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，煉油化工行業(yè)的生產(chǎn)規(guī)模越來越大，一些企業(yè)的原油年處理量從原來的幾百萬噸發(fā)展到現(xiàn)在的2000萬噸，精對(duì)苯二甲酸（PTA）裝置年加工量從原來的幾萬噸、幾十萬噸發(fā)展到現(xiàn)在的250 萬噸。同時(shí)，作為煉油化工生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的壓縮機(jī)組也越來越大型化，結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，如煉油催化裝置的主風(fēng)機(jī)和氣壓機(jī)、精對(duì)苯二甲酸裝置的工藝空氣壓縮機(jī)等。一旦大型機(jī)組發(fā)生故障停機(jī)就會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)裝置非計(jì)劃停工，企業(yè)損失巨大，嚴(yán)重的可能會(huì)危及人身安全，造成環(huán)境污染，帶來嚴(yán)重的社會(huì)問題。因此，加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵機(jī)組維護(hù)和保養(yǎng)，確保大型機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行是一項(xiàng)極其重要的課題。

1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的一些術(shù)語

1.1 故障

設(shè)備故障是指不能達(dá)到預(yù)期的工作狀態(tài)，無法滿足應(yīng)有的性能和功能。按照造成的后果，設(shè)備故障可以分為以下4 種。

（1）輕微故障指設(shè)備略微偏離正常的技術(shù)參數(shù)，影響輕微的一種現(xiàn)象。

（2）一般故障指設(shè)備個(gè)別零部件劣化，部分功能喪失，造成運(yùn)行質(zhì)量下降，導(dǎo)致能耗增加、環(huán)境噪聲增大等現(xiàn)象。

（3）嚴(yán)重故障是指關(guān)鍵設(shè)備或關(guān)鍵部件劣化，整體功能喪失，造成停機(jī)或局部停產(chǎn)甚至整個(gè)生產(chǎn)線停產(chǎn)或部分停產(chǎn)的現(xiàn)象。

（4）惡性故障是指設(shè)備遭受嚴(yán)重破壞，造成重大經(jīng)濟(jì)損失甚至危及人身安全或造成嚴(yán)重污染的現(xiàn)象。

1.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)是指在設(shè)備運(yùn)行中，對(duì)特定的特征信號(hào)（如軸振動(dòng)、軸位移、轉(zhuǎn)速、溫度等）進(jìn)行檢測(cè)、變換、記錄和分析處理并顯示，是故障診斷的基礎(chǔ)。

1.3 故障診斷

故障診斷是指將狀態(tài)監(jiān)測(cè)取得的各種參數(shù)分析處理，以識(shí)別設(shè)備是運(yùn)行正常還是存在故障。如果存在故障，要診斷故障的性質(zhì)、程度、產(chǎn)生的原因及發(fā)生部位，并預(yù)測(cè)故障發(fā)生的趨勢(shì)。

1.4 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是指了解和掌握設(shè)備運(yùn)行中的狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)早期故障，并對(duì)發(fā)生故障的原因、部位和危險(xiǎn)程度進(jìn)行分析、判斷，預(yù)測(cè)故障發(fā)展趨勢(shì)并針對(duì)具體情況作出決策。具體過程分為狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障分析診斷和處理預(yù)防3 個(gè)基本環(huán)節(jié)（圖1）。

圖1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障分析診斷和處理預(yù)防3 個(gè)基本環(huán)節(jié)

2 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)應(yīng)用的目的和意義

2.1 有利于降低企業(yè)設(shè)備檢維修成本

過去的設(shè)備維修體制，主要是定期檢修和事后維修相接合設(shè)備檢維修模式。其中，事后維修就是設(shè)備發(fā)生故障后再修，存在著維修不足，影響生產(chǎn)的問題；定期檢修如通常實(shí)行的年度大修，到了事先確定的設(shè)備停機(jī)檢修時(shí)間，無論設(shè)備是否存在問題都要進(jìn)行檢修，存在著維修過剩的問題。因?yàn)?，預(yù)防性定期檢修的間隔周期是根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果和經(jīng)驗(yàn)估算確定的，然而在這個(gè)周期內(nèi)僅有2%的設(shè)備可能出現(xiàn)故障，98%的設(shè)備還可以繼續(xù)運(yùn)行、不用檢修。據(jù)統(tǒng)計(jì)，美國航空公司對(duì)235 套設(shè)備普查結(jié)果表明，66%的設(shè)備由于人的干預(yù)破壞了原來的良好配合，降低了設(shè)備可靠性，造成設(shè)備故障率上升。通過應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，能夠即時(shí)掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，分析、預(yù)測(cè)設(shè)備故障發(fā)生時(shí)間，盡可能延長設(shè)備有效運(yùn)行周期。因此，將事后維修、預(yù)防性維修逐步過渡到狀態(tài)檢修模式才是最合理和經(jīng)濟(jì)的。這樣可以降低煉化企業(yè)檢修成本，節(jié)省巨額檢維修費(fèi)用。

2.2 有利于提高企業(yè)安全生產(chǎn)水平

機(jī)組的振動(dòng)情況真接反映其運(yùn)行狀況的好壞。通過應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)，可以及時(shí)了解機(jī)組運(yùn)行工況。一旦機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)劣化，可以及時(shí)地對(duì)被監(jiān)測(cè)機(jī)組進(jìn)行維護(hù)檢修，防止發(fā)生重大設(shè)備事故，為煉化企業(yè)安全生產(chǎn)提供可靠保障。

2.3 有利于提高機(jī)組檢修管理水平

（1）機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)好壞需要以機(jī)組的軸承溫度、軸振動(dòng)、軸位移、流量、壓力等監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行判定。對(duì)于振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)超標(biāo)的機(jī)組，設(shè)備工程師面臨的主要問題是查找出故障原因，如聯(lián)軸器對(duì)中不好、轉(zhuǎn)子彎曲或轉(zhuǎn)子不平穩(wěn)、什么時(shí)候需要停機(jī)檢修等。應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)就能很好地解決這個(gè)問題。設(shè)備工程師用這項(xiàng)技術(shù)能夠分析診斷出振動(dòng)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)異常的原因、部位和性質(zhì)，為科學(xué)精準(zhǔn)檢修提供可靠的技術(shù)支撐。在機(jī)組檢修后，故障是否消除、機(jī)組是否恢復(fù)正常等問題，也可通過在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)進(jìn)行精準(zhǔn)檢查和驗(yàn)收，有利于提高煉化企業(yè)設(shè)備管理水平。

（2）發(fā)現(xiàn)機(jī)組故障，診斷出故障，找出產(chǎn)生故障的原因并采取合理的措施。在確保安全的前提下，將不采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)時(shí)的立即停機(jī)檢修轉(zhuǎn)化為采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)后的監(jiān)測(cè)維持運(yùn)行，避免不必要的停機(jī)，延長機(jī)組運(yùn)行周期，避免裝置非計(jì)劃停工。

3 在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用案例

某煉油化工廠重油催化裂化裝置主風(fēng)機(jī)，型號(hào)為AV45-14，是由煙氣輪機(jī)和電動(dòng)發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)軸流壓縮機(jī)的三機(jī)組，配有本特利（BENTLY）3500 軸系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；富氣壓縮機(jī)型號(hào)為MCL404+MCL404，由蒸汽輪機(jī)驅(qū)動(dòng)離心式壓縮機(jī)組，配有本特利3300 軸系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本特利3300 和3500 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能監(jiān)測(cè)和顯示機(jī)組的軸振動(dòng)、軸位移、機(jī)組轉(zhuǎn)速和軸承溫度等參數(shù)，當(dāng)被監(jiān)測(cè)的參數(shù)出現(xiàn)異常時(shí)會(huì)發(fā)出警告，一旦監(jiān)測(cè)參數(shù)劣化達(dá)到危險(xiǎn)程度系統(tǒng)能夠自動(dòng)使機(jī)組停機(jī)，避免機(jī)組遭到嚴(yán)重?fù)p壞，從而達(dá)到保護(hù)機(jī)組的目的。

本特利3500 和3300 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠顯示機(jī)組運(yùn)行參數(shù)、預(yù)警和保護(hù)機(jī)組，但是沒有頻譜分析功能，因此機(jī)組出現(xiàn)振動(dòng)異常時(shí)無法判斷出振動(dòng)的根本原因，如轉(zhuǎn)子對(duì)中不好、轉(zhuǎn)子不平衡、機(jī)組轉(zhuǎn)子出現(xiàn)彎曲等，也無法判斷振動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)，如機(jī)組能否繼續(xù)運(yùn)行、能維持運(yùn)轉(zhuǎn)多久等。為了解決這些問題，該企業(yè)和上海一家公司合作，在本特利3300 和3500 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)基礎(chǔ)上開發(fā)出DH5970 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。

3.1 DH5970 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)

該系統(tǒng)在是本特利軸系監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，利用其采集的各種狀態(tài)參數(shù)，通過本特利3300 和3500 系統(tǒng)輸出端口，監(jiān)測(cè)機(jī)組的軸振動(dòng)、軸位移、溫度和轉(zhuǎn)速等參數(shù)，了解機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，自動(dòng)存儲(chǔ)振動(dòng)通頻、倍頻、相位、波形、啟停機(jī)等有診斷價(jià)值的數(shù)據(jù)。當(dāng)機(jī)組超標(biāo)報(bào)警或出現(xiàn)異常（監(jiān)測(cè)參數(shù)短時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)突變和一段時(shí)間內(nèi)趨勢(shì)變化較大）時(shí)，系統(tǒng)記錄當(dāng)時(shí)一段時(shí)間內(nèi)大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)和特征參數(shù)，并提供專業(yè)的診斷圖譜，為機(jī)組負(fù)責(zé)工程師提供故障分析依據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程分析工程師可及時(shí)識(shí)別機(jī)組的狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，對(duì)故障原因、嚴(yán)重程度、發(fā)展趨勢(shì)等做出準(zhǔn)確判斷，從而提前采取應(yīng)對(duì)措施，及早消除故障隱患，避免事故發(fā)生，提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性，降低機(jī)組檢修成本。

該系統(tǒng)采集器安裝在機(jī)組控制室內(nèi)，從本特利3300 二次儀表的動(dòng)態(tài)輸出口引出監(jiān)測(cè)信號(hào)，數(shù)據(jù)經(jīng)過處理后進(jìn)入企業(yè)局域網(wǎng)內(nèi)的數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)內(nèi)保存。機(jī)組運(yùn)行正常時(shí)，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)每秒鐘刷新一次，并且每隔10 min 存儲(chǔ)一組動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)。機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)異常時(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)報(bào)警，自動(dòng)存儲(chǔ)報(bào)警前后大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，為故障診斷提供原始數(shù)據(jù)。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是在原有本特利監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)基礎(chǔ)上增加了故障分析和遠(yuǎn)程瀏覽功能，在機(jī)組異常時(shí)可以及時(shí)分析原因，盡早判斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)。企業(yè)內(nèi)部局域網(wǎng)上有權(quán)限的客戶端（例如系統(tǒng)管理員、主管設(shè)備副廠長、設(shè)備科長、設(shè)備工程師等）可以直接訪問數(shù)據(jù)庫計(jì)算機(jī)瀏覽機(jī)組狀態(tài)、分析故障數(shù)據(jù)。企業(yè)外部網(wǎng)絡(luò)通過VPN 賬號(hào)和密碼登陸企業(yè)網(wǎng)站，點(diǎn)擊相應(yīng)鏈接，進(jìn)入該監(jiān)測(cè)系統(tǒng)瀏覽機(jī)組狀態(tài)和分析故障數(shù)據(jù)。系統(tǒng)接線過程中，由于有比較完善的接地保護(hù)措施，對(duì)原有本特利系統(tǒng)沒有影響。

3.2 DH5905 系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)用

通過DH5970 系統(tǒng)可以獲得機(jī)組的振動(dòng)圖譜和運(yùn)行軌跡，進(jìn)而為故障診斷提供技術(shù)支持。機(jī)組監(jiān)測(cè)界面、時(shí)間波形與頻譜圖如圖2 和圖3 所示。

圖2 機(jī)組監(jiān)測(cè)界面

圖3 時(shí)間波形與頻譜

3.3 診斷實(shí)例

2011 年4 月18 日3:47:21，某煉化企業(yè)重催裝置AV45-14主風(fēng)機(jī)煙機(jī)出現(xiàn)軸振動(dòng)增大，煙機(jī)后端2702B 測(cè)點(diǎn)振動(dòng)最大達(dá)到87.9 μm。通過監(jiān)測(cè)系統(tǒng)直觀看到持續(xù)時(shí)間5 h+43 min，時(shí)域波形近似為正弦波。在頻譜圖中，諧波集中于基頻，有較小的高次諧波。軸心軌跡為橢圓。結(jié)合煙機(jī)操作工況，分析認(rèn)為煙機(jī)軸振動(dòng)增大的原因是轉(zhuǎn)子不平衡。當(dāng)時(shí)煙氣輪機(jī)輪盤冷卻蒸汽溫度偏低，煙氣內(nèi)含催化劑較多，附著在煙機(jī)轉(zhuǎn)子上引起煙機(jī)轉(zhuǎn)子不平衡，導(dǎo)致煙機(jī)軸振動(dòng)。停機(jī)檢查，將煙機(jī)轉(zhuǎn)子上的附著的催化劑清除，然后裝配恢復(fù)、開機(jī)，機(jī)組運(yùn)行平穩(wěn)。

3.4 在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)應(yīng)用認(rèn)識(shí)與體會(huì)

通過運(yùn)用在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，能夠幫助我們即使掌握機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)。當(dāng)機(jī)組出現(xiàn)故障時(shí)，通過對(duì)時(shí)域頻譜和軸心軌跡等譜圖進(jìn)行分析，能夠快速精準(zhǔn)了解故障產(chǎn)生的原因，故障的性質(zhì)，為快速消除故障創(chuàng)造了條件。要想充分發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的作用要注意以下3 個(gè)。

（1）企業(yè)領(lǐng)導(dǎo)重視，相關(guān)人員積極參與。作為企業(yè)主管設(shè)備的領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)當(dāng)充分了解在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的重要性，在思想上要高度重視，這樣資金才有保障。相關(guān)設(shè)備工程師、設(shè)備部門領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)積極參與，經(jīng)常運(yùn)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，只有經(jīng)常使用才會(huì)掌握被監(jiān)測(cè)機(jī)組和分析系統(tǒng)的特性，才能提高機(jī)組故障診斷準(zhǔn)確率。一些企業(yè)雖然也配有狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)，但是由于主管設(shè)備領(lǐng)導(dǎo)不重視，設(shè)備工程師也不積極參與，導(dǎo)致監(jiān)測(cè)系統(tǒng)成為一個(gè)擺設(shè)，沒有發(fā)揮出應(yīng)有的作用。

（2）狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)科學(xué)，要與企業(yè)實(shí)際相結(jié)合。系統(tǒng)界面應(yīng)當(dāng)清晰明了，最好具有中文界面，便于主管設(shè)備工程師和操作員工使用。從某企業(yè)空氣壓縮機(jī)組在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)的界面來看，各編號(hào)測(cè)點(diǎn)并沒有在圖上與實(shí)際點(diǎn)位對(duì)應(yīng)起來，不夠清晰明了（圖4）。

圖4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)界面

（3）企業(yè)應(yīng)當(dāng)指定專人負(fù)責(zé)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷系統(tǒng)的管理。注重培養(yǎng)企業(yè)自己的狀態(tài)監(jiān)測(cè)專家人才。一些大型的煉油化工企業(yè)大型機(jī)組有十幾臺(tái)套，有經(jīng)濟(jì)實(shí)力，可以與專業(yè)公司合作開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作。一些中小型煉油化工企業(yè)只有一兩套機(jī)組，由于大型機(jī)組少、經(jīng)費(fèi)有限，只有依靠自己設(shè)備工程師來負(fù)責(zé)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工作。因此，更應(yīng)該注意培養(yǎng)狀態(tài)監(jiān)測(cè)人才。畢竟?fàn)顟B(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷工程師水平越高，診斷系統(tǒng)發(fā)揮的作用越大，獲得的效益越高。

4 結(jié)束語

隨著在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的發(fā)展和成熟，越來越多的煉油化工企業(yè)開始重視此項(xiàng)技術(shù)的運(yùn)用。大量的成功案例說明，通過在線監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)在大型機(jī)組上的推廣應(yīng)用，能夠使企業(yè)快速了解機(jī)組技術(shù)狀態(tài)和機(jī)組故障產(chǎn)生的原因、性質(zhì)和發(fā)展趨勢(shì)。根據(jù)診斷結(jié)果，科學(xué)合理制定檢修計(jì)劃，確保設(shè)備安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)運(yùn)行，避免設(shè)備重大事故發(fā)生，避免裝置非計(jì)劃停工和可能導(dǎo)致的環(huán)境污染，提高煉油化工企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。