李凱銘，孫 強，周 楊，高金虎

（1.酒鋼集團牙買加阿爾帕特氧化鋁公司；2.酒鋼集團宏興股份公司，甘肅嘉峪關 735100）

前言

酒鋼宏興股份公司動力廠碳鋼燃氣站、凈化加壓站、中厚板加壓站三個站所共有12 臺煤氣加壓機，主要作用是對高爐煤氣和焦爐煤氣進行加壓。設備日常維護模式為點檢人員依據人工測溫、測振數(shù)據，制定設備維護計劃，實施維護工作。

1 人工檢測存在的問題

1.1 設備狀態(tài)數(shù)據采集準確性低

設備運轉狀態(tài)下重點檢測的軸承振動、溫度等數(shù)據均為人工手持儀器采集。檢測數(shù)據受人員技能、儀器精密度、采集方法、采集位置等多方面因素影響，存在一定的誤差，不能準確反映設備運行狀態(tài)。

1.2 設備狀態(tài)數(shù)據采集間隔長

煤氣加壓機設備的振動、溫度是反應設備運轉狀況的重要參數(shù)，可以直接判斷設備是否存在異常，因此，數(shù)據的實時采集和分析尤為重要。而目前以上兩個參數(shù)的采集周期為2 h，由于數(shù)據采集間隔長，不能準確判斷設備運行狀況，存在維護不及時的問題。

1.3 設備狀態(tài)數(shù)據采集存在安全風險

煤氣加壓站值班人員僅為2～3 人，其中一人需承擔監(jiān)盤工作，其余人員承擔設備維護、巡檢、操作等工作。目前值班人員數(shù)量不能滿足生產操作、設備維護的需要，且煤氣加壓機溫度、振動需2 h 檢測一次，在一定程度上增加了人員暴露在煤氣區(qū)域的頻次，存在人員發(fā)生煤氣中毒的風險。

1.4 設備狀態(tài)數(shù)據信息不能及時發(fā)布

設備狀態(tài)采集數(shù)據僅上傳信息化平臺，只能通過公司內網平臺查詢數(shù)據。在故障判斷方面只能采用離線分析法，依靠人員經驗判斷原因，存在故障原因分析不準確的問題。

2 煤氣加壓機智能監(jiān)測技術應用改造

2.1 在線監(jiān)測系統(tǒng)方案比選

為對設備運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，擬對煤氣加壓機及電機增設溫度、振動監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)測信號引入各煤氣加壓站主控室集中監(jiān)控。

方案一：無線監(jiān)測系統(tǒng)。溫度、振動監(jiān)測裝置采用一體式無線傳感器，傳感器電源由內置電池提供，通過設備就近安裝的無線采集裝置接收監(jiān)測信號，再通過光纜或無線信號傳輸至控制室內監(jiān)控后臺接收裝置。

優(yōu)點：無線監(jiān)測系統(tǒng)設備安裝方便快捷、傳感器檢修更換難度小，施工過程中不涉及信號電纜及管線的敷設。

缺點：無線監(jiān)測系統(tǒng)易受到外界電磁場干擾，傳輸信號不穩(wěn)定，信號傳輸?shù)挠行Ь嚯x無法得到保障；傳感器需要自帶電池供電，若連續(xù)傳輸信號，需要頻繁更換電池，增加了維修成本，且設備故障點增多。

方案二：有線監(jiān)測系統(tǒng)。溫度、振動監(jiān)測裝置采用一體式有線傳感器，傳感器電源由數(shù)據采集裝置保護箱內24 V 開關電源提供，監(jiān)測信號通過屏蔽電纜接引至設備就近的數(shù)據采集裝置，再通過光纜傳輸至控制室內監(jiān)控后臺［1］。

優(yōu)點：有線監(jiān)測系統(tǒng)信號傳輸穩(wěn)定、連續(xù)，不易受到外界電磁信號的干擾，可以根據監(jiān)控參數(shù)的重要程度，設置傳感器發(fā)送數(shù)據的周期和頻率。

缺點：有線監(jiān)測系統(tǒng)需要額外配置傳感器專用電源模塊及電源線，且實施過程中每個傳感器需要敷設屏蔽電纜以傳輸信號，增大了施工量及難度。

方案比選結果：依據現(xiàn)場設備實際運行工況及設備重要性，方案二在數(shù)據穩(wěn)定可靠采集與傳輸方面優(yōu)于方案一，可實現(xiàn)實時連續(xù)監(jiān)控設備狀態(tài)，故選用方案二。

2.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)組成

在線監(jiān)測系統(tǒng)主要由軸溫傳感器、加速度振動傳感器、數(shù)據采集器、匯聚控制器及監(jiān)測軟件平臺組成，監(jiān)控后臺及采集器信號匯集裝置安裝于各煤氣加壓站集中控制室內。煤氣加壓機溫度、振動系統(tǒng)組成示意圖見圖1。

圖1 煤氣加壓機溫度、振動系統(tǒng)示意圖

2.3 在線監(jiān)測系統(tǒng)原理

現(xiàn)場安裝的每個傳感器都具有唯一的ID，安裝過程中記錄每臺設備的物理位置編號，并與所對應安裝的傳感器ID 綁定。通過有線采集器的傳輸，將實時監(jiān)測數(shù)據上傳至控制室監(jiān)控系統(tǒng)，并可根據實際需求將部分重要節(jié)點的監(jiān)測數(shù)據錄入云端服務器數(shù)據庫中，以便于通過移動終端查詢。

2.4 在線監(jiān)測數(shù)據采集

煤氣加壓機和電動機的溫度、振動監(jiān)測元件采用軸承測溫傳感器及加速度振動傳感器，通過磁吸座粘貼或螺紋安裝于電機的軸承側和加壓機的軸瓦側，測溫、測振點設置見表1。在加壓機就近位置設置一套有線數(shù)據采集器，將監(jiān)測信號上傳至控制室，并在控制室內設置集中數(shù)據處理器，接受上傳信號。

表1 煤氣加壓機、電機測溫、測振點設置

2.5 在線監(jiān)測系統(tǒng)功能

2.5.1 設備運行狀態(tài)實時監(jiān)測功能

實時監(jiān)測電動機、加壓機設備運行狀態(tài)；實時監(jiān)測電動機、加壓機溫度、振動并在超限時進行報警。

2.5.2 監(jiān)測數(shù)據超限報警功能

監(jiān)測數(shù)據超限報警后，在故障前進行預警提示，發(fā)出語音報警提示值班人員需要進行檢查與維護，值班人員持便攜式檢測儀器對溫度、振動監(jiān)測數(shù)據進行手動檢測，以排查是否是監(jiān)測儀表出現(xiàn)故障。同時，值班人員通過聲音進一步確認設備狀態(tài)，如設備異常，立即安排停機處理。

2.5.3 監(jiān)測數(shù)據存儲功能及匯總管理

該系統(tǒng)能夠自動存儲數(shù)據一年，也可以根據實際需要設定存儲時長、數(shù)據存儲間隔等；系統(tǒng)兼容多種國際計算機通訊協(xié)議（DDE、OPC、FTP）和工業(yè)標準協(xié)議（IEC 61850、IEC 104、modbus），可與其他綜合系統(tǒng)掛接或與局端軟件進行通信，將監(jiān)測數(shù)據匯總統(tǒng)一管理［2］。

2.5.4 故障診斷功能

將設備的異常狀態(tài)特征與典型故障特征進行對比，找出疑似的故障原因及故障部位，通過報警報表功能打印出有關報警的詳細結果，為人工判斷故障原因提供依據。

2.6 在線監(jiān)測系統(tǒng)特點

（1）人性化的人機交互界面

界面設置總貌圖（區(qū)域總貌圖和單機總貌圖），區(qū)域總貌圖可以實時顯示所有設備健康狀態(tài)、運行狀態(tài)、故障部位、故障趨勢折線圖；單機總貌圖界面顯示設備信息、銘牌、設備運行情況（運行時長、運行率）、近期檢修、單體設備3D模型溫度以及振動等實時狀態(tài)，方便人員監(jiān)控設備狀況。

（2）多級用戶操作權限管理

系統(tǒng)設有技術負責人、點檢負責人、崗位負責人三個不同級別的操作權限，需要進行身份識別（輸入密碼）后才能登錄系統(tǒng)實施各自權限內的操作，以確保系統(tǒng)運行的安全。

（3）參數(shù)設置方便

在系統(tǒng)軟件中，可根據實際情況能方便地對設備參數(shù)、系統(tǒng)運行參數(shù)、報警限值進行設置，從而實現(xiàn)系統(tǒng)整體能效比的最大化。

（4）故障診斷分析技術

系統(tǒng)采用在線分析方法，通過監(jiān)測數(shù)據對設備進行全方位分析與診斷，提供診斷結論和檢修建議，指導人員對設備開展檢查、檢修工作［3］。

（5）設備運行參數(shù)查看方便

各級人員可利用手機端APP 軟件隨時查看監(jiān)測數(shù)據及警告通知，解決只能通過公司內網平臺查詢數(shù)據的問題，方便多人在線診斷，可及時確認設備故障原因。

3 項目實施效果

本項目實施后，實現(xiàn)設備智能監(jiān)測功能，實時監(jiān)測設備振動、溫度運行參數(shù)，準確掌握設備運行狀況，通過運行參數(shù)報警功能，及時發(fā)現(xiàn)設備運行存在的問題并提供診斷結論和檢修建議，為設備問題的及時處理提供依據。同時，崗位人員點檢周期由2 h延長至12 h，降低了人員勞動強度。

例如：凈化加壓站4#加壓機電動機軸承溫度報警值70 ℃、停機報警值75 ℃；振動報警值0.055 mm、停機報警值0.065 mm。2023 年4 月6 日凈化加壓站4#加壓機電動機前軸承溫度監(jiān)測70 ℃報警，工程師、點檢、崗位人員分析4 月1 日～5 日溫度和振動趨勢，發(fā)現(xiàn)4#加壓機電動機前軸承溫度和振動均出現(xiàn)緩慢上升趨勢，溫度、振動的人工檢測數(shù)據與系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據基本一致，對設備補加潤滑油，觀察運行狀態(tài)。4 月7 日4#加壓機電動機前軸承溫度值達到75 ℃，振動值達到0.06 mm，系統(tǒng)發(fā)出停機報警，診斷結論為溫度、振動異常，檢修建議為檢查電動機前軸承有無異常。崗位人員根據停機警報要求立即對機組停機檢修，在4 月8 日～9 日電動機軸承檢查過程中，發(fā)現(xiàn)軸承滾動體存在磨損是軸承溫度上升的主要原因，檢查結果與系統(tǒng)診斷結論一致。通過系統(tǒng)及時報警和指導結論，避免了設備故障發(fā)生，準確完成缺陷處理，快速完成機組投運。凈化加壓站4#加壓機、電機軸承溫度監(jiān)測值趨勢圖見圖2、軸承振動監(jiān)測值趨勢圖見圖3。

圖2 軸承溫度監(jiān)測值趨勢圖

圖3 軸承振動監(jiān)測值趨勢圖

4 結論

酒鋼宏興股份公司動力廠碳鋼燃氣站、凈化加壓站、中厚板加壓站應用煤氣加壓機智能監(jiān)測技術后，實現(xiàn)了多層級設備運行參數(shù)實時在線監(jiān)測功能。該系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據準確，可通過系統(tǒng)報警及時發(fā)現(xiàn)故障，并依據系統(tǒng)診斷結果為設備檢修提供參考，有效避免了設備因突發(fā)故障停機引發(fā)的煤氣泄漏及煤氣供應中斷事故，提升了設備的保供能力。