淺析狀態監測與故障診斷的應用

姜永亮 劉延軍 陳立峰 甄玉凱

（1、黑龍江省大慶石化公司塑料廠全密度一車間，黑龍江 大慶 163714 2、黑龍江省大慶石化公司腈綸廠聚合車間，黑龍江 大慶 163714 3、黑龍江省大慶石化公司腈綸廠毛條一車間，黑龍江 大慶 163714)

1 前言

設備狀態監測與故障診斷技術體現的是主動維修的思想,我們在實際的應用中一定要所創新、有所突破，不在乎形式,而重在效果，真正發揮設備狀態監測與故障診斷技術的作用。

在日趨大型化現代化的石油化工生產裝置中，一旦某臺設備出現故障，就有可能引起整個裝置癱瘓，從而造成重大經濟損失。因此針對設備狀態，注重隨時監視設備運行狀況，從而正確地分析和診斷，能夠有效的預防和消除故障及事故的發生。

2 設備診斷技術

設備診斷技術主要是利用科學的檢測手段，檢測設備的現實狀況和參數，通過對參數進行分析，從而判定產生故障的部位和原因，甚至預測設備的未來性能。

2.1 基本原理

設備診斷技術是利用被診斷的對象提供的一切有用的信息，經過分析處理以獲得最能識別設備狀態的特征參數，以便作出正確的診斷結論。機器設備運行時產生多種信息，當其功能逐漸劣化時，就出現相應的異常信息，如機器的狀態變化而產生的異常振動、噪聲、溫度等機械信號;機器劣化過程產生的磨損微粒、油液及氣體成分變化的化學信號等。利用檢測儀器對最敏感的故障特征信號進行狀態監測，作出正確的分析和診斷，可以及時預測機器設備可能發生的故障。

2.2 設備診斷技術的分類

2.2.1 簡易診斷技術

簡易診斷技術主要是指測定設備的某個較為單一的特征參數以判斷其狀態是否正常。簡易診斷技術對對人員技術素質要求不高，通常簡單培訓即可操作和運用，在實際生產中，通常和設備的日常檢查和定期檢查結合進行。一般應用便攜式簡易測溫儀和測振儀進行檢測。由于簡易診斷技術儀器簡單，易操作，所以應大力推廣。

2.2.2 精密診斷技術

定期檢測或設備出現異常情況時，通常要準確地判定具體原因，就需要借助精密診斷，通常精密檢測，通?？梢詫υO備故障產生的原因、部位以及嚴重程度進行分析做出判斷。如對機械設備的振動診斷，目的是要了解故障產生的部位及嚴重程度，指出故障產生的原因，預測其發展，以作為狀態監測維修的依據。這種診斷方法由于精密診斷技術要求高，操作人員需要有專門的知識或培訓，故要有計劃地逐步開展。同時診斷時需要處理大量數據，通常要利用計算機來進行準確的計算。

3 設備狀態監測及監測手段

3.1 狀態監測與診斷技術

設備狀態監測是對運行中的設備其狀態的變化進行的定期檢測，以隨時監視設備的運行狀況，合理安排維修計劃，防止發生突發故障，掌握劣化規律，確保設備的正常運行。

設備狀態監測所獲得的數據、資料是設備技術診斷的依據，其數據的精確度對狀態監測是診斷有著決定性的作用。

3.2 狀態監測的類型和技術

按狀態監測時設備運行狀態通?？梢苑殖蓛纱箢?一是監測時無需設備停止運轉，通常稱為在線監測；另一種需要設備停機。按第一種方式監測時，設備的產量可以不受損失，而按第二類方式監測時，就需要利用某些設備在生產使用中定期停機或切換時進行；而按監測所用手段來分，狀態監測可分為動態監測和靜態監測兩類。動態的監測包括溫度監測、頻閃觀察、應力應變分析、聲發射技術、腐蝕監測、振動監測、油樣分析等。靜態的監測包括目視檢查裂紋探測、厚度測量、X射線法和激光測量法等。

本方簡要介紹一下溫度監測和振動監測。

3.3 溫度監測

機器設備長時間運轉后，整體或局部的溫度都將升至一定值，通常摩擦部位溫度的異常變化是故障的明顯標志，異常的高溫往往表示故障已很嚴重。如軸承溫度若超過標準值10℃，壽命將縮短50%。而很多設備對溫度的要求會更高，如某工廠的聚合反應釜的溫度嚴格控制在60±0.5℃，零點幾度的偏差將會導致產品質量不合格。

3.3.1 溫度監測裝置

（1）接觸式傳感器：熱電偶溫度計、水銀或酒精溫度計、電阻溫度計等都有一個接觸式傳感器。由于傳感器本身對被測表面的溫度會有干擾，所以感溫元件應盡量小，如果條件允許，最好同被測表面連接為同一整體，以確保感溫元件與被測表面之間的良好接觸。

（2）非接觸式傳感器：主要是利用輻射能量來推算被測物體的溫度，常用的有以下幾種：一種舊光學高溫計：當溫度升至500℃左右輻射即進入可見光的頻率范圍。將灼熱物體或氣體的顏色與一加熱燈絲作對比，就能測出溫度值，其誤差<2%。另一種是輻射高溫計：利用熱電元件或硫化鉛元件測量發熱表面的輻射能，精度2%，溫度范圍為20-3800℃。

（3）其它的測量設備：如測溫漆、測溫片和測溫筆。當被測物的測溫精度要求不高時，可以使用測溫漆、測溫筆或測溫片，通過它們顏色的改變及時間來判斷溫度的高低。

3.3.2 溫度監測的作用

溫度監測通?？梢杂脕砼袛嘁韵鹿收?

軸承損壞。由于軸承中的滾動元件損壞、接觸面擦傷等原因，導致發熱量增加。發熱的量增加將使軸承座的表面溫度升高，這種溫度的升高可用熱電偶等測溫傳感器測出。

冷卻系統故障。潤滑或冷卻系統的故障會使熱量的散發途徑受阻，從而導致機件的表面溫度升高。如管路、閥門或濾清器堵塞，熱交換器損壞等原因。

有害物質積聚。長期運行后，煙道結焦或管內生成水垢，鍋爐生成腐蝕性副產物等。由于這種有害物質的積聚，形成隔熱層，會使表面溫度的分布發生變化，故可用溫度檢測裝置測出。

3.4 振動監測

正常情況下，機械振動的位移、速度、加速度、頻率和相位等振動參數基本是穩定的，當振動強度達到或超過某一限度時，即表明機械部分出了故障，不同的機械故障經起的振動現象各有特征。運用現代信號處理技術可以從測量結果提取有用信息，迅速找出故障的根源。

在機械設備的狀態監測和故障診斷技術中，振動監測及診斷技術是普遍采用的基本方法。在工業領域中，機械振動是普遍存在并作為衡量設備狀態的重要指標之一。當機械內部發生異常時，隨之會出現振動加大。在機器、零部件及基礎等表面能感覺到或能測量到的振動，往往是某一振動源在固體中的傳播，而振動源的存在，又大都對應著設備的設計、材料或使用缺陷。例如零件原始制造誤差，運動副之間的間隙，零件間的滾動及相互摩擦，或者回轉機件中產生的不平衡或沖擊等等，都是設備的可能振源。

由于振動診斷的理論和測量方法都比較成熟，診斷結果準確可靠，便于實施等，受到人們的普遍關注，在故障診斷體系中居主導地位，目前已廣泛地應用于各種設備的狀態監測及故障診斷中。

結束語

隨著石油化工設備的大型化、集中化、高速化、連續化和自動化，突發的故障停機造成的損失越來越大。由于大多數設備、備件的故障間隔離散性較大，定期維修不可避免地會造成較高的維修成本和較多的設備機器失效，因此做到預知維修非常重要，主動地發現問題和解決問題，把事故消滅在萌芽狀態，能有效降低維修成本，降低事故停機率，因而具有很高的投資收益比。

[1]徐成倡，劉伯英.工廠設備管理[M].北京：化學工業出版社，1984.532.

[2]汪必忠.生產設備管理[M].北京：化學工業出版社，1991.129.

[3]嚴璋，朱德恒.電氣設備狀態監測與故障診斷技術[M].中國電力出版社，2009.