張燕

（大慶石化公司塑料廠，黑龍江 大慶 163714）

大型造粒機(jī)組是某聚烯烴裝置的核心設(shè)備，為進(jìn)口日本制鋼生產(chǎn)的大型設(shè)備，設(shè)備功率為2500kW，以往多次出現(xiàn)故障導(dǎo)致生產(chǎn)裝置長(zhǎng)期停車，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。因此，在機(jī)組的設(shè)備管理維護(hù)中，急需有效的現(xiàn)代化設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)手段，提前發(fā)現(xiàn)設(shè)備故障隱患。應(yīng)力波是一種超聲波能量脈沖，當(dāng)應(yīng)力波傳感器適當(dāng)固定在實(shí)心物體上時(shí)，只對(duì)通過其底部傳遞到壓電晶體的高頻內(nèi)部激波敏感，頻率范圍窄，頻率響應(yīng)好。設(shè)備內(nèi)部金屬體發(fā)生周期性和隨機(jī)性摩擦及沖擊時(shí)，引發(fā)的早期故障的特征信號(hào)大多集中在36000～40000Hz頻率范圍內(nèi)，故應(yīng)力波傳感器非常適合機(jī)械部件表面的微小缺陷的檢測(cè)，適合機(jī)械部件的早期故障診斷。本文主要描述了應(yīng)力波狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在某聚烯烴大型造粒機(jī)組故障診斷中的應(yīng)用實(shí)踐，詳述了應(yīng)力波狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成及現(xiàn)場(chǎng)安裝調(diào)試過程、應(yīng)用分析方法和應(yīng)用效果驗(yàn)證。

1 應(yīng)力波狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成及原理

應(yīng)力波狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的組成主要由應(yīng)力波傳感器、數(shù)據(jù)采集箱、服務(wù)器及分析軟件四部分組成。應(yīng)力波傳感器部署在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備上，感知設(shè)備內(nèi)部的應(yīng)力波變化。數(shù)據(jù)采集箱部署于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備表面，用于匯集和處理現(xiàn)場(chǎng)各應(yīng)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(shù)人員辦公室，用于診斷分析和處理多個(gè)數(shù)據(jù)采集箱匯聚的設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)信息（如圖1）。

圖1 應(yīng)力波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理圖

2 安裝及調(diào)試

2.1 現(xiàn)場(chǎng)安裝及調(diào)試步驟

（1）根據(jù)設(shè)備結(jié)構(gòu)選定應(yīng)力波傳感器安裝位置，并進(jìn)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(shí)現(xiàn)信息通信引入服務(wù)器；（3）在服務(wù)器中安裝分析軟件系統(tǒng)，服務(wù)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(luò)實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備通訊；（4）在分析系統(tǒng)軟件中，對(duì)報(bào)警參數(shù)、刷新時(shí)間、多通道監(jiān)測(cè)等進(jìn)行配置，完成基于SSH的系統(tǒng)配置管理的遠(yuǎn)程用戶分配工作。

2.2 設(shè)備故障頻率分析表

根據(jù)所監(jiān)測(cè)的設(shè)備各部件的參數(shù)，計(jì)算出該設(shè)備在正常運(yùn)行轉(zhuǎn)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(shè)備狀態(tài)頻譜分析中，可以對(duì)特定頻率表現(xiàn)進(jìn)行判斷，能夠準(zhǔn)確查找故障部位。

表1 750rpm狀態(tài)下設(shè)備部件故障頻率分析表

3 應(yīng)用診斷案例

2020年11月24日，造粒機(jī)組應(yīng)力波狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警，技術(shù)人員立即對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在分析軟件中應(yīng)力波分析方法主要有應(yīng)力波能量分析、振幅直方圖分析以及FFT頻譜分析等。

3.1 應(yīng)力波能量分析

打開應(yīng)力波能量圖趨勢(shì)，發(fā)現(xiàn)機(jī)組輸入軸監(jiān)測(cè)點(diǎn)應(yīng)力波能量出現(xiàn)明顯上漲趨勢(shì)，并且超過報(bào)警線，觸發(fā)應(yīng)力波能量報(bào)警（如圖2），提示設(shè)備輸入軸部分有故障隱患。

圖2 應(yīng)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(biāo)為設(shè)備運(yùn)行中每個(gè)摩擦撞擊事件產(chǎn)生脈沖能量的峰值，縱坐標(biāo)為設(shè)備運(yùn)行中摩擦撞擊事件發(fā)生的數(shù)量。在機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障產(chǎn)生異常摩擦和撞擊問題時(shí)，會(huì)有較多的高振幅摩擦撞擊事件發(fā)生，因此，在圖3上就會(huì)表現(xiàn)出一個(gè)更寬泛的分布情形，具體形態(tài)上表現(xiàn)為非對(duì)稱圖形。而在設(shè)備處于較好工況時(shí)，圖像分布表現(xiàn)為較窄的正態(tài)分布曲線，并且這個(gè)曲線位于左側(cè)電壓低值部分。在此次機(jī)組監(jiān)測(cè)的直方圖中，明顯看到右側(cè)出現(xiàn)不對(duì)稱情況，有明顯問題存在。

圖3 應(yīng)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(jìn)行對(duì)比，恰好與機(jī)組輸入軸上型號(hào)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(shè)備解體驗(yàn)證

根據(jù)應(yīng)力波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析情況，組織對(duì)此設(shè)備進(jìn)行了拆檢，在拆檢中發(fā)現(xiàn)，機(jī)組主減速器輸入軸型號(hào)為22348的支撐軸承外環(huán)內(nèi)表面出現(xiàn)直徑8mm的剝落坑（如圖5），損壞較為嚴(yán)重。

圖5 軸承外環(huán)內(nèi)表面損壞情況

上述解體驗(yàn)證的結(jié)果與應(yīng)力波狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析的結(jié)論完全一致，表明應(yīng)力波狀態(tài)系統(tǒng)對(duì)于此設(shè)備故障特征識(shí)別的有效性。

由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)未造成設(shè)備其他嚴(yán)重?fù)p壞事故，短時(shí)間內(nèi)完成了軸承更換作業(yè)并恢復(fù)了生產(chǎn)。

4 結(jié)語

應(yīng)力波監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在聚烯烴裝置造粒機(jī)組已經(jīng)穩(wěn)定運(yùn)行一年，期間觸發(fā)2次監(jiān)控報(bào)警，經(jīng)拆檢確認(rèn)設(shè)備均有早期故障，并得到了及時(shí)處理，避免了大機(jī)組嚴(yán)重故障造成的裝置長(zhǎng)期停車事故，保證了裝置的平穩(wěn)生產(chǎn)，創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)，也為同類裝置在設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐提供了參考。