潘程蘭(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

淺談風機振動儀表監(jiān)測系統(tǒng)的設計

潘程蘭
(中石化寧波工程有限公司，浙江 寧波 315103)

風機上的軸系儀表數量少且種類單一，通常僅設置振動檢測點，其監(jiān)測系統(tǒng)的配置值得探討。以CFB鍋爐三大風機為例，簡述三大風機的重要作用及風機振動測點的設置；結合工程設計及現(xiàn)場實踐，詳細地介紹CFB爐三大風機振動儀表監(jiān)測系統(tǒng)的配置，提出了兩種方案及幾點建議。

風機振動儀表 監(jiān)測系統(tǒng) 風機

為了保證泵、風機等旋轉設備的安全運行，工廠對旋轉設備的監(jiān)控越來越重視，軸系儀表及其系統(tǒng)也得到了普遍的應用。軸系儀表因測量原理及系統(tǒng)組成不同于常規(guī)儀表，在工程項目設計過程中，往往需單獨考慮。同時，隨著工廠集成化和智能化要求的提高，機組監(jiān)測系統(tǒng)MMS(Machine Monitoring System)也得到了一定程度的應用。

由于旋轉設備的監(jiān)控復雜程度、重要性等因素，不同的旋轉設備應采取不同的系統(tǒng)配置方式。對于大型復雜的旋轉設備，成熟的框架模塊結構已被各方接受，本文主要介紹風機及其振動儀表監(jiān)測系統(tǒng)的設計。

1 CFB三大風機及振動測點簡介

通常，循環(huán)流化床CFB(Circulating Fluidized Bed)鍋爐主要配置3臺風機： 一次風機、二次風機和引風機。CFB爐的一次風由一次風機供給，主要用于流化爐內物料，同時提供爐膛下部密相區(qū)燃料燃燒所需要的O2。CFB爐的二次風由二次風機供給，除了補充爐內燃料燃燒所需要的O2并加強物料的混合均勻外，還能適當調整爐內溫度場的分布，起到防止局部煙氣溫度過高、降低NOX排放量的作用。一次風機和二次風機為CFB爐提供流化風、燃燒用風及火上風。引風機的作用是將燃燒產生的煙氣從爐膛中抽出，并經煙囪排入大氣。CFB爐的燃燒要求以上各風機的風量隨需要及時調整，以保證配風比合適，維持爐膛內穩(wěn)定，保證鍋爐正常高效燃燒，并保證鍋爐供汽。所以，風機的安全運行對CFB爐的長期穩(wěn)定運行起著至關重要的作用。

旋轉設備的所有故障中，振動故障出現(xiàn)的頻率最高，由于振動信號易獲得，在不影響機組運行的情況下易于實現(xiàn)在線監(jiān)測。通常在三大風機的每個軸承上設置2支互成90°的振動傳感器，多數選用磁電速度式或壓電速度式傳感器。而且風機軸承振動都設報警值和聯(lián)鎖值，超過聯(lián)鎖值，要求控制系統(tǒng)立即停機。

2 監(jiān)測系統(tǒng)設計方案介紹

風機上的軸系儀表數量少且種類單一，有的采用振動變送器，將振動傳感器的電壓信號轉化為4～20 mA信號，雖能滿足DCS監(jiān)測的需要，但無法提供保護接點輸出。某些國外廠家的振動變送器還可提供動態(tài)信號，但緩沖輸出僅供現(xiàn)場診斷，無法為MMS提供實時數據和狀態(tài)信息，因而無法滿足工廠集成化和智能化的管理需求。有些風機軸系儀表采用Bently Nevada振動傳感器，并配置Nevada 3500系統(tǒng)，無論是從系統(tǒng)兼容性還是先進性方面，均具有很大的優(yōu)勢。但是，考慮到項目投資，需要采用高成本的配置，業(yè)主通常難以接受。

筆者以實際工程項目為例，從系統(tǒng)設計的角度介紹兩種不同的配置方案，供大家參考。

2.1采用監(jiān)視器的方案

以某大型煉化一體化項目配套熱電工程為例。該項目某臺CFB爐設置了1臺一次風機、1臺二次風機和1臺引風機，均采用離心式風機。每臺風機就地設置了4支Bently Nevada振動傳感器。過程控制要求： 風機振動的連續(xù)信號和報警聯(lián)鎖信號在DCS內監(jiān)控；該項目暫時不設置MMS，但要求預留MMS的接口，且每臺風機配置1臺Bently Nevada監(jiān)測器。

3臺風機振動傳感器和監(jiān)視器的配置一樣，現(xiàn)以一次風機為例，其振動測點及配置見表1所列。

表1 一次風機振動測點及配置 mm/s

Bently Nevada監(jiān)測器[1]支持4通道振動輸入，4個4～20 mA信號，6個開關量信號，滿足了DCS對風機連續(xù)監(jiān)測和聯(lián)鎖保護的需要；支持4通道溫度輸入，適用于小機組的監(jiān)測和保護；相對于框架模塊化系統(tǒng)，成本較低；支持緩沖輸出和Modbus通信，實現(xiàn)了預留與狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的接口；外形靈巧，整裝式獨立安裝，可通過導軌支架或安裝板安裝；外配就地保護箱，可直接將監(jiān)測器安裝在風機附近，監(jiān)測器的就地顯示裝置為可選項。

2.2采用監(jiān)視系統(tǒng)的方案

以某大型煉化項目動力中心為例。每臺CFB爐配置1臺一次風機、1臺二次風機、1臺引風機，均采用離心式風機，一次風機采用直接起動方式，二次風機及引風機采用液力偶合器。每臺風機振動測點的設置，見表2所列。振動傳感器為Bently Nevada產品，振動測點均設高報警值AH≥6.3 mm/s。

該項目風機振動的連續(xù)信號和報警信號要求在DCS內監(jiān)控；暫時不設置MMS，需預留與MMS的接口。同時，業(yè)主要求采用模塊化的系統(tǒng)?？紤]到三大風機的重要程度、項目投資及使用經驗，最后確定采用派利斯公司PT2060監(jiān)測系統(tǒng)。

表2 風機振動測點及監(jiān)測系統(tǒng)硬件配置

PT2060監(jiān)測系統(tǒng)[2]采用框架模塊化結構，具有4～20 mA信號和傳感器緩沖信號輸出，并具有Modbus通信功能。與采用監(jiān)視器的方案比較，雖然采用監(jiān)視系統(tǒng)的方案投資費用增加了，但該系統(tǒng)有良好的擴展能力和兼容性以及更強大的功能。對于現(xiàn)場軸系儀表測點較多時，可以考慮該方案。

2.3幾點思考和建議

上述兩種監(jiān)測系統(tǒng)，重點是DCS對旋轉設備參數的在線檢測和保護信號的報警聯(lián)鎖，同時為MMS預留接口，為機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)提供數據。狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是永久性安裝的系統(tǒng)，用于機器振動狀態(tài)的實時在線監(jiān)測。在方案選擇時，有幾點建議供參考：

1) 項目前期應根據項目要求和特點，統(tǒng)籌考慮，遲早確定各類旋轉設備軸系儀表監(jiān)測系統(tǒng)的配置方案。

2) 采用監(jiān)視器的方案中監(jiān)測器可接入的信號類型和數量較少，因而在確定方案前要對風機上振動傳感器的數量和類型有清晰的認識。

3) 在選擇采用監(jiān)視系統(tǒng)的方案時，首先應注意監(jiān)測系統(tǒng)與振動傳感器的兼容性，其次應盡早收集現(xiàn)場振動傳感器的詳細資料；另外配置框架模塊化結構的監(jiān)視系統(tǒng)，通常會把框架放置在現(xiàn)場機柜室內，應注意振動傳感器與監(jiān)控系統(tǒng)之間連接電纜的長度。

3 結束語

風機振動監(jiān)測系統(tǒng)的設計因受各種因素的影響和條件限制，系統(tǒng)組成各不相同。在實現(xiàn)項目功能性的前提下，合理地配置系統(tǒng)，既要避免過高配置，同時也要避免系統(tǒng)升級過程中不必要的改造。

[1]鄭州機械研究所，揚子石化總公司，西安熱工研究院有限公司，等．GB/T 19873.1—2005機器狀態(tài)監(jiān)測與診斷振動狀態(tài)監(jiān)測 第1部分： 總則[S]．北京： 中國標準出版社，2006.

[2]鐘嵐．機組軸系儀表的應用技術探討[J]．石油化工自動化，2003，39(03):96-97．

[3]劉齊忠，林融．機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在大型石化工廠中的應用[J]．石油化工自動化，2011，47(04):29-30．

[4]田得旺，王春燕，宋亞彬，等．大型旋轉機組的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷[J]．石油化工自動化，2007，43(04):83-86．

[5]劉敏．汽輪機振動監(jiān)控系統(tǒng)運行分析與改進建議[J]．電力技術，2009(11):66-67．

[6]鄭州機械研究所．GB/T 11348.1—1999旋轉機械轉軸徑向振動的測量和評定 第1部分： 總則[S]．北京： 中國標準出版社，1999．

[7]朱靜波.汽輪機組振動信號的測量與分析[J]．工業(yè)控制計算機，2010(23):7-8．

[8]呂建萍，田得旺，王國榮.大型旋轉機組的安全保護[J]．石油化工自動化，2006，42(05):102．

[9]嚴可國．振動監(jiān)測保護故障診斷系統(tǒng)的應用[J]．自動化儀表，2007(09):49-50．

[10]梁曉明．機組狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應用[J]．石油化工自動化，2007，43(05):53-56．

稿件收到日期：2013-05-27，修改稿收到日期2013-06-04。

潘程蘭(1981—)，女，2003年畢業(yè)于中國石油大學(華東)自動化專業(yè)，獲工學學士，現(xiàn)就職于中石化寧波工程有限公司，從事石油化工自控設計工作。

B

1007-7324(2013)05-0080-03