張燕

（大慶石化公司塑料廠，黑龍江 大慶 163714）

大型造粒機組是某聚烯烴裝置的核心設備，為進口日本制鋼生產的大型設備，設備功率為2500kW，以往多次出現(xiàn)故障導致生產裝置長期停車，造成較大經(jīng)濟損失。因此，在機組的設備管理維護中，急需有效的現(xiàn)代化設備狀態(tài)監(jiān)測手段，提前發(fā)現(xiàn)設備故障隱患。應力波是一種超聲波能量脈沖，當應力波傳感器適當固定在實心物體上時，只對通過其底部傳遞到壓電晶體的高頻內部激波敏感，頻率范圍窄，頻率響應好。設備內部金屬體發(fā)生周期性和隨機性摩擦及沖擊時，引發(fā)的早期故障的特征信號大多集中在36000～40000Hz頻率范圍內，故應力波傳感器非常適合機械部件表面的微小缺陷的檢測，適合機械部件的早期故障診斷。本文主要描述了應力波狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在某聚烯烴大型造粒機組故障診斷中的應用實踐，詳述了應力波狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的構成及現(xiàn)場安裝調試過程、應用分析方法和應用效果驗證。

1 應力波狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組成及原理

應力波狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的組成主要由應力波傳感器、數(shù)據(jù)采集箱、服務器及分析軟件四部分組成。應力波傳感器部署在現(xiàn)場設備上，感知設備內部的應力波變化。數(shù)據(jù)采集箱部署于現(xiàn)場設備表面，用于匯集和處理現(xiàn)場各應力波傳感器的數(shù)據(jù)信息。分析軟件部署在中心控制室或者技術人員辦公室，用于診斷分析和處理多個數(shù)據(jù)采集箱匯聚的設備狀態(tài)監(jiān)測信息（如圖1）。

圖1 應力波監(jiān)測系統(tǒng)原理圖

2 安裝及調試

2.1 現(xiàn)場安裝及調試步驟

（1）根據(jù)設備結構選定應力波傳感器安裝位置，并進行安裝；（2）安裝數(shù)據(jù)采集箱，并將采集傳感器數(shù)據(jù)通過MODBUS TCP協(xié)議經(jīng)以太網(wǎng)和外部的控制系統(tǒng)實現(xiàn)信息通信引入服務器；（3）在服務器中安裝分析軟件系統(tǒng)，服務器和數(shù)據(jù)采集箱各分配靜態(tài)的IP地址，通過TCP/IP協(xié)議基于以太網(wǎng)網(wǎng)絡實現(xiàn)與現(xiàn)場設備通訊；（4）在分析系統(tǒng)軟件中，對報警參數(shù)、刷新時間、多通道監(jiān)測等進行配置，完成基于SSH的系統(tǒng)配置管理的遠程用戶分配工作。

2.2 設備故障頻率分析表

根據(jù)所監(jiān)測的設備各部件的參數(shù)，計算出該設備在正常運行轉數(shù)條件下，齒輪及軸承各部位的故障頻率分析表（如表1），在設備狀態(tài)頻譜分析中，可以對特定頻率表現(xiàn)進行判斷，能夠準確查找故障部位。

表1 750rpm狀態(tài)下設備部件故障頻率分析表

3 應用診斷案例

2020年11月24日，造粒機組應力波狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)發(fā)出報警，技術人員立即對監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)進行分析。在分析軟件中應力波分析方法主要有應力波能量分析、振幅直方圖分析以及FFT頻譜分析等。

3.1 應力波能量分析

打開應力波能量圖趨勢，發(fā)現(xiàn)機組輸入軸監(jiān)測點應力波能量出現(xiàn)明顯上漲趨勢，并且超過報警線，觸發(fā)應力波能量報警（如圖2），提示設備輸入軸部分有故障隱患。

圖2 應力波能量圖

3.2 振幅直方圖分析

在如下振幅直方圖（圖3）中的橫坐標為設備運行中每個摩擦撞擊事件產生脈沖能量的峰值，縱坐標為設備運行中摩擦撞擊事件發(fā)生的數(shù)量。在機械設備出現(xiàn)故障產生異常摩擦和撞擊問題時，會有較多的高振幅摩擦撞擊事件發(fā)生，因此，在圖3上就會表現(xiàn)出一個更寬泛的分布情形，具體形態(tài)上表現(xiàn)為非對稱圖形。而在設備處于較好工況時，圖像分布表現(xiàn)為較窄的正態(tài)分布曲線，并且這個曲線位于左側電壓低值部分。在此次機組監(jiān)測的直方圖中，明顯看到右側出現(xiàn)不對稱情況，有明顯問題存在。

圖3 應力波振幅直方圖

3.3 FFT頻譜分析

在FFT頻譜分析圖（圖4）上看到有77.5HZ的異常頻率，與表1中各部件故障頻率進行對比，恰好與機組輸入軸上型號為22348的軸承外環(huán)故障頻率相吻合，由此判斷為輸入軸軸承外環(huán)大概率存在故障問題。

圖4 FFT頻譜分析圖

3.4 設備解體驗證

根據(jù)應力波監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析情況，組織對此設備進行了拆檢，在拆檢中發(fā)現(xiàn)，機組主減速器輸入軸型號為22348的支撐軸承外環(huán)內表面出現(xiàn)直徑8mm的剝落坑（如圖5），損壞較為嚴重。

圖5 軸承外環(huán)內表面損壞情況

上述解體驗證的結果與應力波狀態(tài)監(jiān)測分析的結論完全一致，表明應力波狀態(tài)系統(tǒng)對于此設備故障特征識別的有效性。

由于發(fā)現(xiàn)及時未造成設備其他嚴重損壞事故，短時間內完成了軸承更換作業(yè)并恢復了生產。

4 結語

應力波監(jiān)測系統(tǒng)在聚烯烴裝置造粒機組已經(jīng)穩(wěn)定運行一年，期間觸發(fā)2次監(jiān)控報警，經(jīng)拆檢確認設備均有早期故障，并得到了及時處理，避免了大機組嚴重故障造成的裝置長期停車事故，保證了裝置的平穩(wěn)生產，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟效益，同時，也為同類裝置在設備狀態(tài)監(jiān)測技術應用實踐提供了參考。