化工機械設備狀態的診斷與分析

劉 軍

（黑化集團公司焦化廠 黑龍江 富拉爾基 161041）

1 化工機械設備概述

在現代化工行業中，化工機械（chemical machinery）是化學工業生產中所用的機器和設備的總稱。化工生產中為了將原料加工成一定規格的成品，往往需要經過原料預處理、化學反應以及反應產物的分離和提煉等一系列化工過程，實現這些過程所用的機械，常常都被劃歸為化工機械。現代的工業生產，其過程日趨向大型化和集成化的方向發展。一臺正在運行著的化工設備，其整體實際上是一個極為復雜的大的系統。而當這個系統中的某個環節突然發生故障，如果不及時的進行處理，那么就會有可能引起整個運行系統的故障，并不斷擴大，進而導致整個運行系統的重大事故的發生。化工機械設備狀態的診斷與分析已成為整個化工生產過程中極為關鍵的一環。

1.1 化工機械分類

化工機械通常可分為兩大類：①化工機器。指主要作用部件為運動的機械，如各種過濾機，破碎機，離心分離機、旋轉窯、攪拌機、旋轉干燥機以及流體輸送機械等。②化工設備。指主要作用部件是靜止的或者只有很少運動的機械，如各種容器（槽、罐、釜等）、普通窯、塔器、反應器、換熱器、普通干燥器、蒸發器，反應爐、電解槽、結晶設備、傳質設備、吸附設備、流態化設備、普通分離設備以及離子設備等。化工機械的劃分是不嚴格的，一些流體輸送機械（如泵、風機和壓縮機等）在化工部門常被稱作化工機械，但同時它們又是各種工業生產中的通用機械。近代化工機械的設計和制造，除了依賴于機械工程和材料工程的發展外，還與化學工藝和化學工程的發展緊密相關。化工機械主要研究機械的耐腐蝕等，還有電化學等范圍。

1.2 化工機械的性能

化工產品的質量、產量和成本，在很大程度上取決于化工機械的完善程度，而化工機械本身的特點必須能適應化工過程中經常會遇到的高溫、高壓、高真空、超低壓、易燃、易爆以及強腐蝕性等特殊條件。近代化學工業要求化工機械：①具有連續運轉的安全可靠性。②在一定操作條件下（如溫度、壓力等）具有足夠的機械強度。③具有優良的耐腐蝕性能。④密封性好。⑤高效率和低能耗。

1.3 化工機械的特點

化工機械是化學工廠中必不可少的生產裝備，化工機械有別于其他機械的顯著特點是：（1）涉及的能量形式多種多樣，相互間轉換過程也很復雜，最常見的能量形式有熱能、機械能、化學能、電磁能等；（2）工質性質多變，如其組成、組分及其相態的多變等；（3）運行工況域十分寬闊，操作參數特殊，如高低壓、高低轉速、高低溫、高低粘度等；（4）具有優良的適應不同化學性質要求的特點。從而構成了化工機械裝備特殊結構的千變萬化。大體上可以分為化工設備和化工機器兩類。化工設備包括各種容器如熱置換器、塔器、反應器等。其主要作用部件一般是靜止的。或者只有很少運動的。化工機器包括離心機、過濾機、破碎機、旋轉窯和旋轉干燥機等。其主要作用部件是經常運動的，如各專用泵、壓縮機、運輸機等。都具有化工機器的特點。

2 化工機械設備狀態診斷與分析的作用

狀態診斷就是利用現有的已知信息去認識那些含有不可知信息的系統的主要特性、狀態，并分析它的發展趨勢，在深入分析的基礎上，對化工機械設備狀態進行診斷，并對可能發生的故障做早期的預報，然后對未來的發展進行預測。對要采取的行動進行決策。化工機械設備狀態診斷與分析的主要作用具體可分為以下幾點：

2.1 從設備運行特征的信號中，快速提取對狀態診斷有用的運行信息，從而確定檢測設備的各項功能是否運行正常。

2.2 根據運行設備的獨有特征信號，進行故障內容的確定，并確定故障部位、形成程度和未來的發展趨勢，進行深入的狀態分析后作出決策。

2.3 對運行設備可能發生的機械故障，能夠做出早期的預報，從而保障化工設備的安全和可靠的運行，進而使化工設備發揮最大的效益。

2.4 通過化工機械設備狀態診斷與分析，能夠評定化工設備的動態性能和前期的設備維修質量。

2.5 對化工機械設備先前發生的設備故障進行及時、準確地狀態檢測，然后確定發生的原因，在分析基礎上，快速決定進一步維修的措施。

3 化工機械設備狀態診斷與分析的中運用的主要技術

化工機械設備狀態的診斷是通過對運行設備的運行狀態進行檢測，并對出現異常設備的故障進行快速分析診斷，從而給設備維修提供支持，提高企業經濟效益。具體為以下幾種：

3.1 電子及計算技術。能夠保障化工機械設備狀態的安全可靠運行，使化工機械設備發揮最大的效益。利用一些專用的儀器設備對新的信號進行拾取和分析，并根據不同設備的獨有特征的信號確定化工機械設備的故障內容，進行分析后，確定化工機械設備狀態的分析結論，并進一步得出化工機械設備的處理方法，根據設備故障的部位，狀態程度和未來發展趨勢，作出決策。

3.2 油分析技術。機械零件失效的主要形式和原因有三種，即腐蝕、疲勞和磨損。而磨損失效約占機械零件失效故障的50%左右，所以，油分析技術在化工機械設備狀態監測和診斷中越來越顯示重要。

3.3 溫測技術。溫度與機器運行狀態有密切的關系。以溫度為指標的測試技術，非常適合進行在線測量。運用中，紅外測溫技術能夠進行非接觸式和遠距離測試，所以現在運用越來越普遍，檢測時可以直接讀出測點溫度的數值，所以，對設備利用溫度進行診斷，可以起到快速見效的效果。

3.4 聲、振測試及其分析技術。對發生故障的設備，要能夠及時和準確地確定發生的原因，機器設備運行狀態的好壞與機器的振動有著很重要的聯系，目前，聲、振測試是評定維修質量和設備的動態性能，最好的技術，也是狀態診斷和狀態監測技術中，應用最普遍的技術，并且，目前已取得了不錯的應用效果。

3.5 無損檢測技術。無損監測技術是獨立的一種技術，如超聲，磁粉、著色滲透的表面裂紋的探傷，以及探傷等技術。人們已越來越重視這些技術，用其對大型固定或運動裝置進行監測和診斷。

4 化工機械設備狀態診斷與分析的方法

4.1 化工機械設備狀態診斷的簡易方法。簡易診斷方法采用了便攜式測振儀拾取信號，并直接由信號的參數或統計量組成指標，根據分析來判定設備是否正常。所以，簡易診斷用在設備狀態檢測中，可作為再次診斷的基礎。其方法簡單易行、投資少，見效快，受到廣泛的歡迎和重視。

4.2 齒輪故障診斷方法。雖然現代機械設備多種多樣，但齒輪傳動有著結構緊湊、使用效率高、使用的壽命長的優點。并且其工作具有可靠、維修方便的特點，所以在運動、動力傳遞、速度變更等方面得到了廣泛的應用。但由于它特有的運行方式，也造成了兩個突出的問題:一是噪聲和振動的傳遞方式大，二是當材質、制造工藝、裝配、熱處理等各個環節沒達到理想的運行狀態時，就會成為重要的誘發機器故障的因素，因此，齒輪運行狀態的診斷很復雜。

4.3 功率譜有三種頻結構，分別對應原因如下：（1）山狀譜，主要是結構共振的頻率，如齒輪軸橫向的振動產生的固有頻率。（2）線狀譜，主要是齒輪的嚙合頻率及運動產生的諧波的頻率。（3）隨機譜，主要是隨機振動產生的振動信號。

運行正常的齒輪功率譜可能同時有以上三種頻率結構，幅值都相對小，但是隨著齒輪發生故障，它的線狀譜的幅值部分會上升。功率譜分析在齒輪故障的診斷中發揮了越來越大的作用，成為故障診斷和振動監測的信號處理技術中應用最廣的技術，對點蝕、大面積磨損等均勻故障有明顯分析效果。

[1]盛兆順，尹琦嶺，設備狀態監測與故障診斷技術及應用[M].化學工業出版社，2003.

[2]戴東華，設備監測與診斷技術的特點及發展應用[J].企業技術開發，1999.