吳 明 李 龍(中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田石化總廠(chǎng),山東 東營(yíng) 257000)
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無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)泵群動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用
吳 明 李 龍
(中國(guó)石油化工股份有限公司勝利油田石化總廠(chǎng),山東 東營(yíng) 257000)
摘 要:針對(duì)石油化工企業(yè)轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備主要是泵群管理與檢維修所面臨的問(wèn)題,介紹了一種基于無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)優(yōu)點(diǎn)的全新解決方案:以無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的機(jī)泵設(shè)備智能監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)的預(yù)知性維修。即采用“無(wú)線(xiàn)智能傳感+遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)+專(zhuān)家分析”,三位一體構(gòu)成一個(gè)完整的預(yù)知性維修解決方案。該方案在勝利石化總廠(chǎng)的應(yīng)用表明:該系統(tǒng)能夠及時(shí)、準(zhǔn)確地采集機(jī)泵設(shè)備的振動(dòng)和溫度數(shù)據(jù),并且根據(jù)數(shù)據(jù)的異常狀況及時(shí)報(bào)警,提出針對(duì)性檢維修建議,達(dá)到了依據(jù)智能檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行檢修的效果,大大降低了機(jī)泵故障率、減少了非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間,引領(lǐng)企業(yè)機(jī)泵管理進(jìn)入預(yù)知性維修的新階段。
關(guān)鍵詞:無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò);機(jī)泵設(shè)備;智能監(jiān)測(cè);預(yù)知維修
設(shè)備故障診斷技術(shù)上世紀(jì)70年代初形成于英國(guó),由于其在設(shè)備運(yùn)行中表現(xiàn)出的實(shí)用性及為企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,日益受到企業(yè)設(shè)備主管部門(mén)的重視。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展和普及,已經(jīng)形成了一門(mén)較為完整的新興邊緣綜合工程學(xué)科。
石化企業(yè)屬于設(shè)備資產(chǎn)密集型行業(yè),對(duì)設(shè)備依賴(lài)程度高,且石油化工裝置具有自動(dòng)化水平高、生產(chǎn)連續(xù)性強(qiáng)、高溫、高壓、易燃、易爆、易腐蝕、易中毒等特點(diǎn),一旦設(shè)備發(fā)生問(wèn)題,就可能導(dǎo)致泄漏、污染環(huán)境,甚至?xí)l(fā)生火災(zāi)、爆炸、人身傷亡等重大事故。在高溫油泵等關(guān)鍵機(jī)泵上安裝無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)傳感器,利用故障診斷技術(shù),實(shí)施智能監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng),即是消除高溫油泵等關(guān)鍵機(jī)泵運(yùn)行安全隱患的有效手段。而無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)絡(luò)的泵群動(dòng)態(tài)檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)更加明顯。
無(wú)線(xiàn)傳感的主要優(yōu)勢(shì)包括3方面:現(xiàn)場(chǎng)布線(xiàn)(包括信號(hào)線(xiàn)、電源線(xiàn)、網(wǎng)絡(luò)線(xiàn))減少60%左右;檢修維護(hù)方便,拆卸簡(jiǎn)單,不存在信號(hào)線(xiàn)切斷的可能;設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)更為簡(jiǎn)潔。因此,無(wú)線(xiàn)方案非常適合應(yīng)用于防爆場(chǎng)所的機(jī)泵設(shè)備監(jiān)測(cè)。
勝利石化總廠(chǎng)屬于國(guó)有大型石化企業(yè),全廠(chǎng)共有轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)備近千臺(tái),重要機(jī)泵200多臺(tái),這些重要機(jī)泵一旦出現(xiàn)故障,就可能對(duì)裝置正常生產(chǎn)產(chǎn)生較大影響。對(duì)高溫油泵等關(guān)鍵機(jī)泵實(shí)施無(wú)線(xiàn)智能監(jiān)測(cè)可以有效地實(shí)現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)受控,在大大降低人員巡檢力度的情況下,可以保證設(shè)備的可靠和穩(wěn)定運(yùn)行。針對(duì)勝利石化總廠(chǎng)現(xiàn)狀,結(jié)合無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點(diǎn),勝利石化智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用“無(wú)線(xiàn)智能傳感+遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)+專(zhuān)家分析”的技術(shù)路線(xiàn),總體結(jié)構(gòu)圖如圖1所示,由無(wú)線(xiàn)智能監(jiān)測(cè)器、無(wú)線(xiàn)通信站和IMAS智能監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)組成。
圖1 總體結(jié)構(gòu)圖
1.無(wú)線(xiàn)智能監(jiān)測(cè)器
針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)點(diǎn)較為分散、布線(xiàn)復(fù)雜的設(shè)備專(zhuān)門(mén)開(kāi)發(fā)的無(wú)線(xiàn)監(jiān)測(cè)產(chǎn)品,可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)和溫度信號(hào)的無(wú)線(xiàn)采集和傳輸,大大降低了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝難度及施工材料費(fèi)用,極大地提高了企業(yè)對(duì)分散設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)測(cè)水平。
2.無(wú)線(xiàn)通信站
3.智能監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)(IMAS)
該系統(tǒng)提供網(wǎng)絡(luò)化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的計(jì)算機(jī)分析及專(zhuān)家解決方案,它負(fù)責(zé)及時(shí)向企業(yè)設(shè)備管理人員發(fā)出機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)的異常報(bào)警,并對(duì)機(jī)泵故障進(jìn)行早期診斷與趨勢(shì)預(yù)測(cè),由具有豐富現(xiàn)場(chǎng)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的專(zhuān)家團(tuán)隊(duì)提供故障診斷報(bào)告和檢維修方案。維修人員根據(jù)方案進(jìn)行針對(duì)性維修。
1.測(cè)點(diǎn)布置
無(wú)線(xiàn)智能監(jiān)測(cè)器安裝部位的選擇及采集參數(shù)的設(shè)置對(duì)監(jiān)測(cè)效果的影響至關(guān)重要。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員對(duì)設(shè)備的結(jié)構(gòu)和原理應(yīng)有足夠的知識(shí)以便確定無(wú)線(xiàn)智能監(jiān)測(cè)器的布置,檢測(cè)器的布置分為兩種:一是水平方向布置3個(gè)測(cè)點(diǎn),垂直方向1個(gè)測(cè)點(diǎn)。二是水平方向布置4個(gè)測(cè)點(diǎn),垂直方向1個(gè)測(cè)點(diǎn),軸向1個(gè)測(cè)點(diǎn)。專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)具體設(shè)備本身的特點(diǎn)選擇布置方式。
2.傳感器的安裝
無(wú)線(xiàn)傳感器探頭垂直安裝時(shí)靈敏度最高。一般情況下,不論何種形式的探頭,距離振源越近,測(cè)得的數(shù)據(jù)越接近真實(shí)值。機(jī)泵的振源主要來(lái)自于軸承的振動(dòng),因此探頭安裝時(shí)距離軸承越近越好,傳感器一般安裝在機(jī)泵的軸承座上。安裝方式一般分為以下兩種。
(1)直接在機(jī)泵軸承箱靠近軸承的位置打孔攻絲,將傳感器用螺紋連接方式安裝在監(jiān)測(cè)部位。固定牢固,但對(duì)原軸承箱造成一定傷害。
隨著通州新城的建設(shè),城內(nèi)交通流會(huì)急劇增加. 截止2015年末,全區(qū)常住人口約133.5萬(wàn)人,區(qū)內(nèi)工作人口約37.5萬(wàn)人. 據(jù)統(tǒng)計(jì)燕郊地區(qū)日跨區(qū)出行約25萬(wàn)人次,日均進(jìn)京車(chē)輛約2.4萬(wàn)輛. 通州區(qū)與燕郊地區(qū)間的出行以過(guò)境交通為主,其中15.7%為燕郊進(jìn)入通州內(nèi)出行,84.3%為通過(guò)通州區(qū)進(jìn)入中心城區(qū)的過(guò)境出行,且通勤交通潮汐性明顯如圖2所示.
(2)傳感器先安裝在專(zhuān)門(mén)制作的支架或者底板上,然后將底板點(diǎn)焊或膠粘在監(jiān)測(cè)部位。不損傷軸承箱,但支架增加了空間。
3.泵群無(wú)線(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行機(jī)制
(1)總廠(chǎng)機(jī)修車(chē)間有專(zhuān)人24h觀(guān)察在線(xiàn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)變化情況,一旦發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常,及時(shí)反應(yīng)給設(shè)備承包班組及生產(chǎn)車(chē)間。
(2)當(dāng)數(shù)據(jù)達(dá)到3級(jí)或4級(jí)報(bào)警的異常狀態(tài)時(shí),網(wǎng)絡(luò)接警人員要在5min之內(nèi)做出反應(yīng),安排機(jī)修值班人員或車(chē)間操作工10min內(nèi)到達(dá)設(shè)備運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)查看設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的實(shí)際情況。若報(bào)警一直消除不了,總廠(chǎng)機(jī)動(dòng)部門(mén)組織技術(shù)力量迅速確定故障原因并制定和下達(dá)設(shè)備檢修計(jì)劃。
(3)車(chē)間設(shè)備主任及技術(shù)人員工作日期間每天兩次對(duì)其監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。數(shù)據(jù)有異常及時(shí)分析做好相關(guān)記錄。
(4)設(shè)備管理部門(mén)狀態(tài)監(jiān)測(cè)管理人員至少每工作日查看一次系統(tǒng)運(yùn)行情況和各關(guān)鍵機(jī)泵的運(yùn)行狀態(tài),每周對(duì)服務(wù)器軟硬件運(yùn)行情況進(jìn)行一次檢查,每月對(duì)各工作站軟硬件運(yùn)行情況進(jìn)行一次檢查,發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)處理。具體職責(zé)網(wǎng)格如圖2所示。
圖2 管理人員職責(zé)網(wǎng)格
1.設(shè)備簡(jiǎn)介
工廠(chǎng)常減壓車(chē)間減底泵為高溫泵,溫度370℃,介質(zhì)一旦與空氣接觸就著火。使用軸承為滾動(dòng)軸承,泵軸承為甩油環(huán)油池潤(rùn)滑,電機(jī)軸承為油脂潤(rùn)滑。
電機(jī)轉(zhuǎn)頻是50Hz,風(fēng)冷,泵軸承型號(hào)7314和NU2314,電機(jī)軸承前軸承座型號(hào)NU217和6217,后軸承座NU217。電機(jī)軸承特征參數(shù)如表1所示。
表1
2.電機(jī)軸承故障過(guò)程分析
2014年5月該減底泵在切換運(yùn)行一周之后,振動(dòng)加速度出現(xiàn)了較快上升,系統(tǒng)隨后發(fā)生三級(jí)報(bào)警,并且幅值隨操作變化大范圍波動(dòng),廠(chǎng)機(jī)修車(chē)間專(zhuān)業(yè)人員診斷分析認(rèn)為,振動(dòng)原因?yàn)殡姍C(jī)前NU217軸承內(nèi)圈出現(xiàn)局部脫落,而且脫落缺陷的周邊因滾珠磨損快速發(fā)展,同時(shí)結(jié)合人工聽(tīng)診棒判斷如果不進(jìn)行及時(shí)維修,最終可能會(huì)導(dǎo)致軸承溫度上升燒損,因此決定停泵檢修更換軸承,檢修后幅值大幅度下降。電機(jī)軸承拆解后發(fā)現(xiàn)軸承NU217內(nèi)圈二處剝落,呈現(xiàn)對(duì)稱(chēng)分布,如圖3所示。
圖3 軸承內(nèi)圈剝落實(shí)物圖
3.數(shù)據(jù)分析
2H方向測(cè)點(diǎn)檢修前后的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)加速度趨勢(shì)圖顯示:設(shè)備2H測(cè)點(diǎn)2014年5月中旬投入運(yùn)行后,電機(jī)軸承振動(dòng)輕微,為35m/s2,6月2日接近三級(jí)報(bào)警值,達(dá)63m/s2。電機(jī)于6月3日停機(jī)檢修,并于6月9日檢修后重新投用后幅值降為正常的13m/s2。
該振動(dòng)加速度頻譜分析顯示,特征頻率約488Hz,與NU217的內(nèi)圈(滾珠個(gè)數(shù)因素)特征頻率基本吻合,但是其倍頻在4000~4500Hz中間轉(zhuǎn)頻邊帶較高,且存在不對(duì)稱(chēng)現(xiàn)象,符合內(nèi)圈剝落故障特征(圖4)。
圖4 加速度頻譜分析
多頻譜分析(圖5)顯示了故障經(jīng)歷過(guò)程。振動(dòng)頻譜峰值在488Hz左右,其倍頻頻率也有中心表現(xiàn),并且?guī)в羞厧мD(zhuǎn)動(dòng)頻率。在3000Hz左右有顯著的保持架邊帶頻率存在,顯示了軸承運(yùn)行中存在逆行阻力。在以后的幾天里高頻成份慢慢增長(zhǎng),6月中低頻振動(dòng)開(kāi)始增長(zhǎng),6月2日,內(nèi)圈帶有轉(zhuǎn)速頻率邊帶和保持架邊帶的信號(hào)振動(dòng)強(qiáng)度占據(jù)了主要地位。
圖5 多頻譜圖特征
綜上所述,2H方向測(cè)點(diǎn)的上升趨勢(shì)最為顯著,頻率振動(dòng)特點(diǎn)較為明顯,同時(shí)其他測(cè)點(diǎn)的上升從前至后依次減小,可以斷定該測(cè)點(diǎn)存在軸承內(nèi)圈局部剝落缺陷,其后,電機(jī)軸承的現(xiàn)場(chǎng)拆解驗(yàn)證了該判斷。
通過(guò)該泵群動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng),工廠(chǎng)2014年機(jī)泵檢修與2013年相比,明顯改善。其中主要小修數(shù)量520項(xiàng)(增加了120項(xiàng)),但大修數(shù)量減小到2014年的142臺(tái)(2013 年210臺(tái))。工休日、節(jié)假日及夜間突發(fā)故障比往年大大降低。隨大修工作量的減少,配件消耗明顯降低,2014年機(jī)封消耗145套(減少54套)。軸承消耗223套(減少91套)。隨著消耗數(shù)量的下降,機(jī)封和軸承壽命明顯增長(zhǎng),機(jī)封軸承壽命分別增加到13500h和16300h(2013年為10500h和13600h)。通過(guò)泵群動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)來(lái)指導(dǎo)機(jī)泵預(yù)知性維修效果明顯。
泵群無(wú)線(xiàn)智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以及時(shí)準(zhǔn)確的采集到機(jī)泵設(shè)備的振動(dòng)和溫度數(shù)據(jù),并且根據(jù)異常狀況給出報(bào)警提示和檢修建議,達(dá)到了依據(jù)狀態(tài)進(jìn)行檢修的效果。不僅降低了機(jī)泵故障率和減少了非計(jì)劃停機(jī)時(shí)間,同時(shí)大大提高了預(yù)知性維修的水平。
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中圖分類(lèi)號(hào):TP277
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
文章編號(hào):1671-0711(2016)03-0053-03
收稿日期:(2016-02-12)