李虹宇，畢天寶，高 健

（1.吉化集團吉林市錦江油化廠，吉林吉林 132022；2.北京佳訊飛鴻電氣股份有限公司，北京 100095）

0 引言

吉化北方公司錦江油化廠30萬t/a輕汽油醚化裝置在全套化工生產(chǎn)裝置中占據(jù)重要地位，特為包括輕汽油進料高速泵、導(dǎo)熱油泵、循環(huán)水泵及鼓風(fēng)機等多套重要設(shè)備機組加裝無線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，機組及部件性能直接影響醚化裝置的正常運行，對裝置的安全長期平穩(wěn)運行至關(guān)重要。

近年來，無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)不斷發(fā)展，在工業(yè)中的應(yīng)用日漸成熟，特別是在流程化企業(yè)改造項目中，由于采用無線數(shù)據(jù)傳輸方式，省去了線纜鋪設(shè)、接線、走橋架等施工部署工作，大大降低了應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)的門檻。無線狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)通過簡便、可靠的工業(yè)級無線通信技術(shù)，提供有效的狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)，特別是循環(huán)水泵機組軸承故障的提前成功預(yù)判，為醚化裝置各機組安全、長周期、高效運行提供有力保障。

1 無線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

無線傳感器網(wǎng)絡(luò)（Wireless Sensor Network，WSN）由部署在監(jiān)測區(qū)域內(nèi)大量微型傳感器節(jié)點組成，通過無線通信方式形成一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。其目的是協(xié)作地感知、采集和處理網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域中感知對象的信息，并發(fā)送給觀察者或監(jiān)測系統(tǒng)進一步處理、應(yīng)用。

在流程企業(yè)工業(yè)應(yīng)用中，目前主要用到基于IEEE802.11協(xié)議的WIFI無線網(wǎng)絡(luò)和基于IEEE802.15.4協(xié)議的工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)，由于WIFI網(wǎng)絡(luò)的高耗電量，雖然具有傳輸速率高的特點，但是不能滿足企業(yè)對電池使用壽命的要求，增加了企業(yè)的后期維護成本，而基于IEEE802.15.4協(xié)議的無線技術(shù)具有低功耗、低成本、低速率的短程無線通信技術(shù)的特點，其中應(yīng)用較廣的是ZigBee技術(shù)，但該技術(shù)受無線網(wǎng)絡(luò)的自適應(yīng)和網(wǎng)絡(luò)冗余能力限制，以及在工業(yè)環(huán)境中泵群監(jiān)測中電池的使用壽命的影響，Zig-Bee技術(shù)的推廣受到了制約。此次在醚化裝置中采用最新技術(shù)的Smart Mesh IP協(xié)議，該協(xié)議基于 6LoWPAN和 IEEE 802.15.4e標準，是無線網(wǎng)格型多跳的自我管理式的低功率互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議（IP）網(wǎng)絡(luò)，具有網(wǎng)絡(luò)安裝容易、網(wǎng)絡(luò)兼容性高、系統(tǒng)維護成本低、網(wǎng)絡(luò)冗余度高、單元電池供電使用壽命長等特點。

2 狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)

（1）頻譜分析法。離心泵的每個零部件在不同的工況下，會反映出特有的特征頻率。頻譜分析根據(jù)特征頻率將離心泵的特征頻率加以區(qū)分，定位出發(fā)生故障的部位并加以分析診斷。

（2）時域分析法。時域分析通常包括波形分析、軸心軌跡分析和軸心位置分析等方法。時域分析法通過時域的參數(shù)指標，如均值、方差、偏斜度、分布密度、峰值、峭度、波形指標、裕度指標、脈沖指標等，對離心泵機組進行總體振級大小的定量分析，時域分析是一種最基本的分析方法，主要用于對故障的初步判定，這種方法簡便，直觀，便于理解。

（3）包絡(luò)解調(diào)分析法。離心泵發(fā)生故障時會產(chǎn)生周期性的沖擊振動，振動的時間取決于沖擊力、質(zhì)量、物理的減振特性和其他參數(shù)。因為沖擊力使泵軸承結(jié)構(gòu)產(chǎn)生共鳴，會產(chǎn)生與軸承共振頻率有關(guān)的正弦波。包絡(luò)解調(diào)分析法可有效識別某些沖擊振動，定位出沖擊振動的振源。包絡(luò)解調(diào)法對離心泵軸承早期的診斷尤為有效。

3 無線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用

3.1 系統(tǒng)組成

吉化北方公司錦江油化廠所轄醚化裝置機泵的日常設(shè)備維護，主要是巡檢人員利用紅外測溫儀對機泵進行溫度采集，定期巡檢間隔2 h，隨著車間精細化管理理念不斷提升，傳統(tǒng)的設(shè)備維護方法無法完全的滿足企業(yè)的要求。無線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用，為企業(yè)提供了有力的技術(shù)支持，提高了機組的預(yù)防性維修水平。

無線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)硬件包括無線智能傳感器、無線智能網(wǎng)關(guān)及無線中繼器，軟件及前段應(yīng)用包括CMS網(wǎng)絡(luò)配置管理軟件、機器健康云平臺及手機APP。主要采集每臺機泵的電機及泵軸承箱殼體的振動速度有效值、加速度包絡(luò)幅值、溫度值以及自身的電池電壓值。根據(jù)企業(yè)要求和機組現(xiàn)場的實際環(huán)境進行部署。無線智能傳感器的安裝主要以膠粘底座的方式以及強力磁座吸附的方式固定，無線智能網(wǎng)關(guān)利用定制抱卡固定在裝置的管廊平臺上，利用自帶防爆軟管將傳輸信號用網(wǎng)線連接至信號線槽內(nèi)，鋪設(shè)接入綜合樓辦公室內(nèi)的無線網(wǎng)關(guān)并連接至內(nèi)網(wǎng)。

系統(tǒng)部署完成后，通過采集的振動加速度包絡(luò)頻譜判斷循環(huán)水泵的潤滑情況及軸承運行狀況。循環(huán)水泵承擔(dān)著全廠循環(huán)水冷卻任務(wù)，一旦停機不僅會造成循環(huán)水系統(tǒng)停運，而且會影響到全廠裝置的安全、連續(xù)生產(chǎn)。該機組由電機直聯(lián)驅(qū)動的單級強自吸泵，開2備1，循環(huán)水泵參數(shù)：型號400SSK1600/75-500，電機功率500 kW，電機轉(zhuǎn)速1485 r/min，軸承型號NU226+6226 NU222。

3.2 應(yīng)用實例

（1）循環(huán)水泵電機潤滑不良故障。如圖1所示，電機驅(qū)動端包絡(luò)幅值稍高，包絡(luò)幅值呈明顯上傳趨勢，頻譜中以地平噪聲為主，無異常頻率，經(jīng)補充潤滑脂后包絡(luò)幅值下降明顯，及時排除潤滑不良，保證了機組連續(xù)平穩(wěn)運行。

（2）循環(huán)水泵電機軸承松動故障。如圖2所示，機組定期切換運行時，電機端及泵端與之前相比較均有不同程度的速度幅值升高。電機兩端圖譜中均以轉(zhuǎn)頻及其倍頻為主，電機非驅(qū)動端包絡(luò)圖譜中，仍以轉(zhuǎn)頻及其倍頻為主，且存在軸承外圈故障頻率，補充潤滑脂后幅值沒有明顯趨勢變化，說明軸承存在松動的情況，電機驅(qū)動端包絡(luò)圖譜中也存在明顯的轉(zhuǎn)頻及其倍頻，說明軸承松動情況較為明顯。

該自無線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)運行后的第三份報告已有相關(guān)提示。電機在拆修過程中，確認存在軸承內(nèi)圈松動跑套、軸徑存在明顯劃痕等情況，如圖3所示。經(jīng)修復(fù)軸徑、更換軸承等工作之后開機運行，機組恢復(fù)正常。

圖1 循環(huán)水泵P4413電機驅(qū)動端水平包絡(luò)峰值趨勢圖

圖2 循環(huán)水泵P4411電機驅(qū)動端速度、加速度包絡(luò)頻譜圖

圖3 循環(huán)水泵電機驅(qū)動端軸徑劃痕

4 結(jié)語

在吉化北方公司錦江油化廠11臺重要機泵上簡便、安全、快速部署的無線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，使重要機泵的振動、溫度數(shù)據(jù)能夠可視化、可追溯，客觀、完整的保存了歷史數(shù)據(jù)，尤其是能采集全面完整的振動數(shù)據(jù)波形，通過定期運行報告對機泵狀態(tài)進行監(jiān)測和預(yù)判，豐富了車間重要機泵的監(jiān)測手段的同時，通過微信、APP等移動互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，方便設(shè)備技術(shù)管理人隨時隨地查看機泵告警及狀態(tài)，提高了車間設(shè)備管理及預(yù)防性維修水平。