呂晨昊

（中國(guó)石油錦西石化公司，遼寧 葫蘆島 125001）

1 維修策略的發(fā)展

石化設(shè)備的維修策略始終向著“安、穩(wěn)、長(zhǎng)、滿、優(yōu)”的目標(biāo)發(fā)展，縱觀發(fā)展過(guò)程，大致經(jīng)歷以下幾個(gè)步驟：故障維修、定期（預(yù)防）維修、預(yù)知維修、基于可靠性的維修（RCM）。

故障維修，指設(shè)備發(fā)生故障后的修理，只適用于故障后果不嚴(yán)重的非主流成設(shè)備。定期維修，指按照固定的周期對(duì)設(shè)備進(jìn)行修理，適用于故障周期較長(zhǎng)且有明顯規(guī)律可循的設(shè)備。但實(shí)踐證明，此種策略會(huì)導(dǎo)致一部分設(shè)備過(guò)度維修而另一部分設(shè)備維修不足。預(yù)防性維修，指采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷分析技術(shù)提前對(duì)隱蔽的故障進(jìn)行修復(fù)，避免故障擴(kuò)大，適用于關(guān)鍵、復(fù)雜設(shè)備。通常設(shè)備的潛在故障點(diǎn)與功能故障點(diǎn)的最小時(shí)間間隔（P-F間隔）應(yīng)該滿足要采取措施、排除故障所需要的時(shí)間?；诳煽啃缘木S修（Reliability Centered Maintenance，RCM）是已知的最先進(jìn)的設(shè)備維修策略之一，該方法在保證設(shè)備本質(zhì)安全的前提下，通過(guò)風(fēng)險(xiǎn)分析的手段，以設(shè)備壽命周期內(nèi)維護(hù)費(fèi)用最低為原則，指導(dǎo)和優(yōu)化設(shè)備維修方式的選擇。

圖1 RCM決策過(guò)程

RCM決策過(guò)程（如圖1）中有一個(gè)非常重要的環(huán)節(jié)，這就是狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)作為控制風(fēng)險(xiǎn)的一種有效手段，其檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確與否直接影響維修策略的效果，出現(xiàn)誤診或漏診會(huì)使風(fēng)險(xiǎn)升高。

2 狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)

狀態(tài)監(jiān)測(cè)就是利用先進(jìn)的傳感器技術(shù)、監(jiān)測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)處理技術(shù)提取故障特征信息。能夠反映出故障形式的監(jiān)測(cè)參數(shù)通常分為兩類(lèi)：一類(lèi)表現(xiàn)為熱力參數(shù)變化，如進(jìn)排氣溫度變化、壓力變化等；另一類(lèi)表現(xiàn)為動(dòng)力參數(shù)變化，如零部件振動(dòng)、位移等。

3 往復(fù)機(jī)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)的優(yōu)化

往復(fù)運(yùn)動(dòng)作為復(fù)合運(yùn)動(dòng)，其故障特性復(fù)雜，所檢測(cè)的參數(shù)和布置的傳感器比單一旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)要繁雜得多。另外，往復(fù)機(jī)多發(fā)的激勵(lì)也使數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)過(guò)程變得更加困難，如何監(jiān)測(cè)到更多參數(shù)、屏蔽掉干擾參數(shù)，是往復(fù)機(jī)監(jiān)測(cè)優(yōu)化的方向。

3.1 潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)優(yōu)化：“常規(guī)潤(rùn)滑油化驗(yàn)”與“光譜分析”

潤(rùn)滑油常規(guī)分析通常包括黏度、酸值、閃點(diǎn)、水分和機(jī)械雜質(zhì)這五大類(lèi)參數(shù)。這五項(xiàng)參數(shù)僅能反映出潤(rùn)滑油本身的理化性質(zhì)是否能滿足潤(rùn)滑需求。如果對(duì)潤(rùn)滑油進(jìn)行更細(xì)致的分析，就可以監(jiān)測(cè)到零部件的磨損情況。潤(rùn)滑油光譜分析可以直觀了解潤(rùn)滑油中某種元素含量。由于每種元素含量的多少與設(shè)備中某種摩擦副磨損量的大小有直接關(guān)系，因此，光譜分析可以用來(lái)判斷設(shè)備內(nèi)部磨損的部位及狀態(tài)。例如，F(xiàn)e元素主要來(lái)自連桿、十字頭等部件，Pb元素主要來(lái)自軸承合金材料、密封件等。目前，使用鐵譜顯微鏡下觀察潤(rùn)滑油中磨粒外部形狀、3D尺寸越來(lái)越受到推崇，為實(shí)現(xiàn)的潤(rùn)滑油定性定量分析邁出了重要一步。

3.2 壓力檢測(cè)優(yōu)化：“氣缸開(kāi)孔”與“氣閥開(kāi)孔”

目前，一部分壓縮機(jī)制造廠采用在氣缸缸壁直接開(kāi)孔的方式獲取氣缸內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力。但由于這種方式在開(kāi)孔過(guò)程中會(huì)對(duì)氣缸局部造成破壞，氣缸整體失效的風(fēng)險(xiǎn)增加，因而此種方法沒(méi)有得到廣泛的推廣。近年來(lái)，隨著對(duì)氣閥結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，如今出現(xiàn)了一種可以在氣閥上測(cè)取氣缸壓力的新方法：通過(guò)一根中空的氣閥中心螺栓，將氣缸內(nèi)氣體與缸體外的壓力傳感器相連，中心螺栓穿過(guò)閥蓋與外部的閥門(mén)對(duì)接，并依靠法蘭、填料進(jìn)行固定和密封。該方法只要密封處理得當(dāng)，不僅能夠準(zhǔn)確測(cè)取氣缸內(nèi)的動(dòng)態(tài)壓力，還能避免對(duì)氣缸結(jié)構(gòu)造成的破壞。

3.3 位移監(jiān)測(cè)優(yōu)化：“活塞桿沉降監(jiān)測(cè)”與“活塞桿位置監(jiān)測(cè)”

往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿下方通常安裝有位移傳感器用來(lái)監(jiān)測(cè)沉降量，可以間接了解活塞環(huán)、填料函、十字頭滑塊的磨損狀況?；钊麠U位置監(jiān)測(cè)是在位移監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)，位移監(jiān)測(cè)在每根活塞桿上只使用一個(gè)垂直布置的電渦流傳感器，而位置監(jiān)測(cè)還需要在活塞桿水平位置再布置一個(gè)傳感器。由此不僅可以監(jiān)測(cè)垂直間隙的變化，還可以監(jiān)測(cè)水平間隙變化，并且通過(guò)數(shù)據(jù)處理手段模擬出活塞桿軸心的運(yùn)動(dòng)軌跡，這是沉降監(jiān)測(cè)做不到的?；钊麠U沉降監(jiān)測(cè)原理圖如圖2。

圖2 活塞桿沉降監(jiān)測(cè)原理圖

3.4 氣閥泄漏監(jiān)測(cè)優(yōu)化：“氣閥溫度監(jiān)測(cè)”與“超聲波監(jiān)測(cè)”

通過(guò)監(jiān)測(cè)氣閥溫度變化判斷氣閥泄漏情況是最便捷的手段之一。但是，從實(shí)際應(yīng)用情況來(lái)看，由于氣閥蓋直接暴露在大氣中，日照、風(fēng)吹都會(huì)給測(cè)量帶來(lái)明顯影響，所以，單純使用氣閥溫度診斷氣閥故障并不實(shí)用。氣閥啟閉產(chǎn)生的撞擊、氣體通過(guò)氣閥產(chǎn)生的聲波通常會(huì)給振動(dòng)信號(hào)采集帶來(lái)極大干擾。若采集常規(guī)的振動(dòng)頻譜，故障信息往往湮沒(méi)在強(qiáng)大的背景噪聲中，難以提取。超聲波檢測(cè)探頭恰恰可以采集氣閥周?chē)鷼饬鞯母哳l振動(dòng)，屏蔽其他干擾，再結(jié)合鍵項(xiàng)信號(hào)（氣閥啟閉時(shí)間）、示功圖綜合分析就可以達(dá)到監(jiān)測(cè)氣閥內(nèi)漏的目的。

4 故障診斷

故障診斷是利用提取得到的數(shù)據(jù)與理論中、歷史中的故障特征進(jìn)行對(duì)比，從而識(shí)別故障。狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷在實(shí)際應(yīng)用中是一個(gè)整體系統(tǒng)，目前，以DYNALCO、GE Bently和賀爾碧格為代表的美國(guó)公司已經(jīng)開(kāi)發(fā)出往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。在國(guó)內(nèi)許多高校和研究機(jī)構(gòu)，例如，北京化工大學(xué)，合肥通用機(jī)械研究所等對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)的失效機(jī)理進(jìn)行了深入的研究并且開(kāi)發(fā)了一些監(jiān)測(cè)和分析系統(tǒng)。目前，國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)用比較廣泛的有DYNALCO 9260CR系統(tǒng)，GE Bently的3500系統(tǒng)和由北京化工大學(xué)開(kāi)發(fā)的BH5000R系統(tǒng)等。雖然監(jiān)測(cè)手段和診斷方式都在不斷進(jìn)步，但仍然難以滿足RCM（基于可靠性的維修）需求?，F(xiàn)階段，我國(guó)科研單位與大型石化企業(yè)聯(lián)系不夠密切，各種研究方法大多局限于實(shí)驗(yàn)室的模擬階段，企業(yè)的故障案例數(shù)據(jù)也沒(méi)有形成系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)。因此，加強(qiáng)科研單位與企業(yè)的合作是取得這一領(lǐng)域技術(shù)突破的第一先決條件。

5 狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展方向

目前，往復(fù)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)已經(jīng)得到了迅速的發(fā)展，診斷的準(zhǔn)確率不斷提高，但仍然沒(méi)有達(dá)到旋轉(zhuǎn)機(jī)械那樣的成熟度，與行業(yè)內(nèi)往復(fù)式壓縮機(jī)的重要地位仍不相稱。隨著科技的發(fā)展，人工智能技術(shù)逐漸成為人們關(guān)注的重點(diǎn)技術(shù)。人工智能非常適合壓縮機(jī)故障診斷系統(tǒng)，理論上可以節(jié)省人工分析的時(shí)間，達(dá)到分析報(bào)告、維修策略實(shí)時(shí)更新的理想狀態(tài)。在實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，一方面，應(yīng)開(kāi)發(fā)新型傳感器；另一方面，應(yīng)運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理方法和智能技術(shù)，找到信號(hào)間相互干擾最小的最佳測(cè)量點(diǎn)。在診斷領(lǐng)域，應(yīng)將故障案例數(shù)據(jù)庫(kù)、專(zhuān)家系統(tǒng)、神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行融合，使普通技術(shù)人員通過(guò)診斷系統(tǒng)所獲得的結(jié)果可以比擬專(zhuān)家分析的水平，讓智能故障診斷成為可能。