李迎麗，趙 斌，高俊峰，李 犇

（中國石油集團安全環(huán)保技術(shù)研究院有限公司，北京 102206）

0 引言

“十四五”期間，國家要加強企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，為適應(yīng)國家新態(tài)勢，近3 年來中國石油煉化企業(yè)在動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測工作方面快速發(fā)展，預(yù)計到2022 年底，各企業(yè)安裝在線監(jiān)測機泵數(shù)量將達到10 846 臺（安裝比例14.33%），比2019 年年底的2413臺（安裝比例3.2%）增長3.5 倍，與狀態(tài)監(jiān)測相關(guān)的技術(shù)、管理和專家團隊建設(shè)工作顯著加強。闡述中國石油煉化企業(yè)動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測現(xiàn)狀，對當(dāng)前國內(nèi)外主流狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展進行總結(jié)，并對實現(xiàn)“智能診斷”進行前瞻性分析，為中國石油實現(xiàn)動設(shè)備監(jiān)測診斷智能化提供思路。

1 煉化企業(yè)動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

1.1 動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展及現(xiàn)狀

中國石油煉油與化工分公司在強化煉化一體化、大型化、規(guī)?；l(fā)展的同時，持續(xù)推進“兩化融合”集成創(chuàng)新。早在2007年煉油與化工分公司即籌建煉化設(shè)備中心，建立大型關(guān)鍵機組遠程實時監(jiān)測診斷管理平臺，開展大型關(guān)鍵機組遠程在線監(jiān)測診斷，經(jīng)過15 年的發(fā)展，并入中心遠程系統(tǒng)的煉化企業(yè)從8 家擴展到27 家，監(jiān)測設(shè)備臺數(shù)從154 臺增加到2000 臺，實現(xiàn)遠程監(jiān)測的設(shè)備種類，從單一的關(guān)鍵離心壓縮機組，拓展到離心壓縮機、往復(fù)壓縮機、煙機以及機泵。據(jù)2021 年煉化企業(yè)狀態(tài)監(jiān)測調(diào)研數(shù)據(jù)統(tǒng)計，26 家煉化企業(yè)安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備共計6163 臺，其中有線監(jiān)測設(shè)備2000 臺，包括離心式壓縮機組556 臺、往復(fù)式壓縮機384、機泵1048 臺、其他設(shè)備12 臺，有線監(jiān)測系統(tǒng)平臺如圖1 所示；無線監(jiān)測機泵4163 臺，無線監(jiān)測系統(tǒng)平臺示例如圖2 所示，其他設(shè)備采用離線監(jiān)測，中國石油煉化企業(yè)動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測通過有線監(jiān)測、無線監(jiān)測、離線監(jiān)測3種方式實現(xiàn)機組、機泵的全覆蓋監(jiān)測，預(yù)測到2022 年底，煉化企業(yè)安裝在線監(jiān)測機泵數(shù)量可達到10 846 臺。

圖1 有線監(jiān)測系統(tǒng)平臺

圖2 無線監(jiān)測系統(tǒng)平臺

多年來，各煉化企業(yè)應(yīng)用遠程監(jiān)測平臺開展設(shè)備監(jiān)測診斷和預(yù)知檢修，實現(xiàn)遠程預(yù)警5000 余臺次，遠程診斷機組故障500 余臺次，減少故障停機時間約6000 h，節(jié)約檢維修費用、備件費用，延長裝置運行時間，避免非計劃停車，減少經(jīng)濟損失10億元以上。遠程監(jiān)測診斷平臺的應(yīng)用，實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)信息的多角度利用，數(shù)據(jù)多層次共享，建立煉化企業(yè)狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)庫，持續(xù)地推進“兩化融合”，為煉化企業(yè)下一步集成創(chuàng)新，從信息化向智能化轉(zhuǎn)化奠定堅實的基礎(chǔ)。

伴隨數(shù)字化轉(zhuǎn)型及智慧煉化建設(shè)需要，狀態(tài)監(jiān)測工作也要向智能診斷方向發(fā)展，這是企業(yè)的需求也是發(fā)展的需要，煉油與化工分公司引領(lǐng)煉化企業(yè)以設(shè)備運行監(jiān)測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，將動設(shè)備監(jiān)測、電氣監(jiān)測、腐蝕監(jiān)測、儀表監(jiān)測、工藝數(shù)據(jù)等多專業(yè)監(jiān)測數(shù)據(jù)整合，實現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)庫管理，實現(xiàn)信息資源價值最大化，應(yīng)用大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云技術(shù)等信息手段，研究振動機理模型、自學(xué)習(xí)以及趨勢預(yù)測等方法，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的設(shè)備故障智能診斷及預(yù)警的數(shù)學(xué)模型，將智能模型融入遠程平臺，逐步完善智能模型及系統(tǒng)自學(xué)習(xí)，建立有效的專家系統(tǒng)，逐步提高智能診斷準(zhǔn)確率，最終建立煉化企業(yè)設(shè)備管理智能標(biāo)準(zhǔn)化體系，實現(xiàn)“智慧煉化”的目標(biāo)。

1.2 動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

目前國內(nèi)外主流監(jiān)測系統(tǒng)的技術(shù)呈現(xiàn)如下6 個特點：

（1）數(shù)據(jù)采集已實現(xiàn)多通道高速、高精度并行同步整周期采樣，最大數(shù)據(jù)采樣速率可達64 kHz，A/D 有效分辨率24 位，可實現(xiàn)各類報警數(shù)據(jù)、啟停機數(shù)據(jù)的毫秒級采集存儲，滿足機組開停車、異常狀態(tài)加密采集的需要。

（2）數(shù)據(jù)處理及存儲已實現(xiàn)數(shù)據(jù)自適應(yīng)加密存儲，數(shù)據(jù)處理判斷為正常的數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶需求自定義逐步稀疏存儲，判斷為異常的數(shù)據(jù)（如閾值報警數(shù)據(jù)、趨勢報警數(shù)據(jù)及基于深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的故障敏感特征挖掘等故障數(shù)據(jù)）或開停車數(shù)據(jù)，進行實時存儲、永久保存，并實現(xiàn)斷網(wǎng)保存、通網(wǎng)續(xù)傳，避免因網(wǎng)絡(luò)中斷造成數(shù)據(jù)丟失。

（3）數(shù)據(jù)傳輸滿足原始波形無損壓縮傳輸，可完整保留原始波形的全部信息。

（4）故障報警已實現(xiàn)閾值報警、趨勢報警、感知系統(tǒng)異常報警、智能預(yù)警（敏感特征報警、基于深度學(xué)習(xí)、大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的特征報警等）多種報警方式。

新型絲杠螺母由高性能工程塑料 iglidur J200 制成。在 igus 測試實驗室中，這款新材料制成的螺母在硬質(zhì)陽極氧化鋁絲杠上運行的使用壽命比同樣工況下由標(biāo)準(zhǔn)螺母材料制成的螺母長三倍。配合鋁制絲杠使用時，這款新型工程塑料制成的螺母可以降低噪音、減少震動，而且重量更輕。它在火車和飛機的門系統(tǒng)以及物流搬運和自動化領(lǐng)域的應(yīng)用中非常常見。圓柱形和法蘭式絲杠螺母常備庫存，適用于大螺距螺紋絲杠和自鎖梯形螺紋絲杠。

（5）分析診斷功能可滿足旋轉(zhuǎn)式機組、往復(fù)式機組及機泵的不同診斷需求，分析譜線數(shù)可達6400 線，系統(tǒng)響應(yīng)速度、圖譜功能、操作性與交互等滿足用戶需求。

（6）故障診斷智能化處于初期。目前可實現(xiàn)基于設(shè)備故障機理模型驅(qū)動、基于敏感特征、基于深度學(xué)習(xí)、基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)、部分工藝量參與及部分專家知識和經(jīng)驗結(jié)合的智能分析診斷。據(jù)不完全統(tǒng)計，整體診斷結(jié)果準(zhǔn)確率不足70%，部分具有獨特特征征兆的單一類故障，診斷準(zhǔn)確率會高些，智能診斷是未來主要發(fā)展方向，診斷準(zhǔn)確率仍有較大提升空間。

2 監(jiān)測診斷智能化的主要特征和改進方向

監(jiān)測診斷智能化是指無需人工干預(yù)，自動進行數(shù)據(jù)采集存儲，自動進行數(shù)據(jù)分析，對報警數(shù)據(jù)自動給出診斷結(jié)果，且診斷結(jié)果準(zhǔn)確率至少在90%以上。監(jiān)測診斷智能化包括數(shù)據(jù)采集智能化、數(shù)據(jù)處理存儲智能化、故障預(yù)警智能化、故障診斷智能化、故障管理智能化。

數(shù)據(jù)采集智能化是指應(yīng)對開停車、監(jiān)測數(shù)據(jù)異常等情況下，能夠?qū)崿F(xiàn)有用數(shù)據(jù)加密采集存儲，且保證斷網(wǎng)情況下數(shù)據(jù)不丟失。目前對報警數(shù)據(jù)可實現(xiàn)加密采集存儲，斷網(wǎng)時間過長，數(shù)據(jù)續(xù)傳有一定難度。

數(shù)據(jù)處理存儲智能化是指對判斷為正常的數(shù)據(jù)，按需求自定義稀疏存儲，判斷為異常的數(shù)據(jù)加密采集，永久保存，實現(xiàn)該存才存，該存必存。目前，在存儲空間滿足要求的情況下已實現(xiàn)。

故障預(yù)警智能化包括趨勢報警、感知系統(tǒng)異常報警、敏感特征報警、基于大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)的特征報警等，目前雖已實現(xiàn)多種預(yù)警方式，但仍需不斷挖掘與完善。

故障診斷智能化要求對報警數(shù)據(jù)自動給出診斷結(jié)果，且診斷結(jié)果準(zhǔn)確率至少在90%以上。據(jù)不完全統(tǒng)計，目前智能診斷在煉化企業(yè)的整體診斷準(zhǔn)確率不足70%，導(dǎo)致企業(yè)對智能診斷結(jié)果信任度不高，應(yīng)用不足。智能診斷準(zhǔn)確率仍有較大提升空間，是未來努力的方向。

故障管理智能化是對智能診斷結(jié)果進行檢修反饋，對診斷結(jié)果進行確認(rèn)或修正，進行系統(tǒng)自學(xué)習(xí)、自完善，提升診斷準(zhǔn)確率，同時實現(xiàn)故障閉環(huán)管理。

完善監(jiān)測診斷智能化，提升診斷準(zhǔn)確率可從以下6 方面改進：

（1）提高數(shù)據(jù)穩(wěn)定性。監(jiān)測診斷系統(tǒng)由于存在傳感器損壞、數(shù)據(jù)采集器等硬件老化、通信異常、網(wǎng)絡(luò)故障等問題，造成數(shù)據(jù)穩(wěn)定性不足，對預(yù)警、診斷產(chǎn)生較大影響，保證數(shù)據(jù)穩(wěn)定、真實是實現(xiàn)智能化診斷，提升診斷準(zhǔn)確率的前提。

（2）提升數(shù)據(jù)全面性。監(jiān)測診斷系統(tǒng)中采集振動、溫度數(shù)據(jù)，部分系統(tǒng)中有少量工藝數(shù)據(jù)，而設(shè)備的健康狀況和工藝指標(biāo)、檢維修是分不開的，因此需補充相關(guān)工藝參數(shù)和檢維修數(shù)據(jù)，保證監(jiān)測數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)量滿足智能診斷需求。

（3）建立數(shù)據(jù)互聯(lián)性。目前振動、溫度、工藝等數(shù)據(jù)在監(jiān)測系統(tǒng)中獨立存在，未能建立邏輯關(guān)聯(lián)。需要建立設(shè)備的工藝數(shù)據(jù)、振動數(shù)據(jù)、溫度數(shù)據(jù)、檢修數(shù)據(jù)、故障機理、大數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)、專家知識經(jīng)驗等有效的互聯(lián)，實現(xiàn)多角度、多方位綜合分析診斷故障，提升診斷準(zhǔn)確率。

（4）加強故障數(shù)據(jù)庫和案例庫的積累。企業(yè)實際生產(chǎn)過程中，設(shè)備運行狀態(tài)、工作環(huán)境、負(fù)荷變化、人為操作等因素對故障分析影響較大，當(dāng)前已積累的故障案例數(shù)量如考慮機組的不同類型、不同結(jié)構(gòu)、不同工況，還是遠遠不足，特別是高質(zhì)量故障案例數(shù)據(jù)的缺少將嚴(yán)重影響各類人工智能技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的實際應(yīng)用，加強故障數(shù)據(jù)庫和案例庫的積累無止境。

（5）加強故障智能診斷研究。與高校、企業(yè)、系統(tǒng)廠商共同進行智能診斷科研開發(fā)，加強機理研究、數(shù)據(jù)互聯(lián)及邏輯建立，引導(dǎo)廠商加強診斷智能化提升，不斷提高診斷準(zhǔn)確率。

（6）跟緊人工智能發(fā)展腳步。人工智能技術(shù)本身發(fā)展尚不成熟，目前的人工智能是由大數(shù)據(jù)驅(qū)動的機器學(xué)習(xí)的模式，不具備根據(jù)實際場景進行認(rèn)知、推理的能力，人工智能的發(fā)展方向是一個完全自主的智能，具備感知、認(rèn)知、推理、學(xué)習(xí)和執(zhí)行的能力，智能診斷伴隨人工智能的發(fā)展也會不斷完善。

3 煉化企業(yè)實現(xiàn)設(shè)備監(jiān)測診斷智能化的思路

雖然近年國內(nèi)動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)取得長足進展并進入相對成熟期，但與人們期望的智能化要求相比，仍有一定差距。特別是目前各主流技術(shù)的故障診斷準(zhǔn)確率不足70%，與90%以上的期望值仍有較大差距，且現(xiàn)有措施在短期內(nèi)無法提高并實現(xiàn)這一目標(biāo)。中國石油圍繞提高狀態(tài)監(jiān)測診斷的智能化水平合力攻關(guān)，重點做好以下5 個方面工作。

（1）優(yōu)選主流技術(shù)廠商并加強對標(biāo)分析和考核評價，督促系統(tǒng)廠商提高系統(tǒng)硬件、軟件及服務(wù)質(zhì)量。主流技術(shù)廠商各自特色和優(yōu)勢不同，各企業(yè)要針對需求優(yōu)選適合設(shè)備的監(jiān)測形式和廠商，對主要技術(shù)參數(shù)要進行對比分析，避免單純追求低價影響系統(tǒng)硬件質(zhì)量、軟件功能及售后服務(wù)。

（2）加強狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的維護及更新，確?，F(xiàn)有系統(tǒng)充分發(fā)揮作用。企業(yè)要加強狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的日常維護，發(fā)現(xiàn)監(jiān)測數(shù)據(jù)異?；驘o數(shù)據(jù)，要及時檢查，對安裝時間較長的老舊系統(tǒng)要有計劃更新，避免因傳感器損壞、數(shù)據(jù)采集器等硬件老化問題及通信異常、網(wǎng)絡(luò)故障等造成數(shù)據(jù)失真，無法充分發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)作用。

（3）加快企業(yè)數(shù)據(jù)集成水平提升，完善系統(tǒng)數(shù)據(jù)類型及數(shù)據(jù)量。積極推進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型，加快企業(yè)數(shù)據(jù)集成水平提升，可有力保障監(jiān)測診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)更全面。

（4）引導(dǎo)系統(tǒng)廠商加強診斷智能化研發(fā)，加強數(shù)據(jù)互聯(lián)及邏輯建立，不斷提高診斷準(zhǔn)確率。要加強故障智能診斷研究，與高校、企業(yè)、系統(tǒng)廠商共同進行智能診斷科研開發(fā)，加強機理研究、數(shù)據(jù)互聯(lián)及邏輯建立，引導(dǎo)廠商加強診斷智能化提升，不斷提高診斷準(zhǔn)確率。

（5）加強大數(shù)據(jù)利用，增強自學(xué)習(xí)能力，提升診斷準(zhǔn)確率。研究利用狀態(tài)監(jiān)測大數(shù)據(jù)共享，特別是不同廠商技術(shù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通和利用，增強分析診斷模型自學(xué)習(xí)能力，從而有效發(fā)揮中國石油的集團優(yōu)勢，實現(xiàn)提高故障診斷準(zhǔn)確率的目標(biāo)。