狀態監測與故障診斷技術在石化企業的應用

唐　偉　潘從錦　嚴錫琳　姜文波　于江龍（.新疆克拉瑪依市科比技術有限公司　新疆　克拉瑪依　.新疆克拉瑪依石化公司　新疆　克拉瑪依）

狀態監測與故障診斷技術在石化企業的應用

唐偉1潘從錦2嚴錫琳2姜文波2于江龍2
（1.新疆克拉瑪依市科比技術有限公司新疆克拉瑪依2.新疆克拉瑪依石化公司新疆克拉瑪依）

旋轉設備振動監測技術、往復壓縮機狀態監測技術、油液鐵譜分析技術在石化企業關鍵設備中的應用，及時發現和排除設備故障及隱患，提高設備運行可靠性。

狀態監測故障診斷應用與效果

一、設備狀態監測與故障診斷技術概述

設備狀態監測通常是指通過測定設備某些特征參數（振動、溫度、超聲波等），來檢查其狀態是否正常，狀態監測與故障診斷技術通過了解和掌握設備使用狀態，對設備可能要發生的或已經發生的故障進行預報、分析、判斷，確定故障性質、類別、程度、原因、部位，指出故障發生和發展的趨勢及后果，提出控制故障繼續發展的措施，通過采取調整、維修、治理的對策消除故障，最終使設備恢復正常狀態。

1.旋轉設備振動監測診斷技術

振動信號分析技術是轉動機械故障診斷中應用最廣泛，也是最行之有效的方法。對轉動設備的振動信號測試和分析，可獲得機體、轉子或其他零件部位的振動量值、頻率和相位3個要素，經過對信號的分析處理與識別，可能了解到機器的振動特點、結構強弱、振動來源，故障部位和故障原因，為診斷決策提供了依據。因此，利用振動信號診斷故障的技術應用最為普遍。一方面，振動是回轉機械運行中的最主要問題，另一方面振動信號包含了豐富的機械運行狀態信息，且信號易于拾取，便于在不影響機器運行的情況下，進行監測和診斷。

（1）由機械振動引起的設備損壞率很高，振動大即是設備有故障的表現。據統計，因各種原因引起的機械振動故障率達60%以上，因此目前很多大中型企業的重要機泵設備，都備有振動信號檢測儀器，進行離線或在線監測，用以判斷故障，預報事故。

（2）振動信號中包含有豐富的機械狀態信息量。很多機器設計是否合理、零部件是否存在傾斜、制作和安裝質量是否符合要求、運行操作是否合適、軸承等諸多原因造成的故障，都能從振動狀態信息中反映出來。

（3）振動信號轉變為電信號后，便于進行數據處理與分析，處理成為多種能夠反映故障狀態的特征信息譜圖，為進一步識別故障提供依據。利用振動信號診斷設備故障已成為當前各種監測技術中的主要方法。

2.往復壓縮機狀態監測技術

往復式壓縮機結構復雜、零部件較多，運動過程中氣閥的啟、閉，活塞、連桿、十字頭往復運動時產生撞擊和噪聲，并且各氣缸之間的撞擊和噪聲相互干擾，如果采用常規頻譜分析的手段，頻譜圖上將呈現連續而密集的寬帶譜線，故障特征信息被背景噪聲所湮沒，難以提取和識別，而且振動對氣體泄漏也不敏感，沖擊、漏氣和摩擦是往復機械最主要的信號類型。

往復機械與旋轉設備故障診斷不同的是，不再將振動分析作為唯一的測試手段，不再以振幅的高低作為判斷故障的依據。往復設備監測與診斷的基本理念是根據不同事件所產生特征信號的不同，采取不同的監測手段及頻率分析范圍，去除噪聲干擾，準確提取故障特征信號。通過監測相對于曲軸轉角的壓力、振動、超聲波信號，將各類事件如氣門開啟與關閉、氣缸壓縮與膨脹和監測信號對應起來，從而更加有效地分析和判斷事件具體性質，得到有價值的信息。

通過壓縮機氣缸壓力-容積曲線，即PV曲線，可以計算出氣缸功率、容積效率、進排氣閥的功率損失以及排氣量、活塞桿負載荷、反向角等性能參數。分析PV曲線、LogP-LogV的n值、流量平衡和超聲波信號，判斷進排氣閥是否漏氣、活塞環是否竄漏；通過分析氣閥相位振動、超聲波曲線和溫度，分析氣閥開啟關閉狀態，判斷氣閥顫振、彈簧折斷、閥片斷裂等故障；通過分析氣缸和十字頭的振動信號，判斷缸套擦傷、活塞環斷裂、十字頭損傷、間隙過大和機械松動等故障，見表1。

3.油液鐵譜分析技術

潤滑管理在設備管理中占據重要地位，而油液監測在潤滑管理中又是中心環節，它關系到設備正常運轉、減少摩擦磨損、延長設備使用壽命，降低生產成本等一系列重要問題。油液鐵譜分析，掌握設備運行狀態，預報設備可能發生的故障，避免設備事故；通過檢測在用油液的鐵譜的異常變化，預報機組可能發生的故障，分析確定故障發生部位、類型及原因，采取措施，避免事故。

二、使用儀器

（1）利用美國恩泰克公司生產的Enpac2500便攜式振動分析儀對旋轉設備及管線進行振動數據采集，利用Emonitor V3.3專用分析軟件對數據進行頻譜分析。

（2）往復壓縮機離線監測儀器是美國windrock公司生產的精密分析儀RT9260，由TECIP－TRAP9260監測硬件和RTwin9.3分析軟件兩部分組成。TECIP－TRAP9260主要由數據采集儀、壓力傳感器、超聲波傳感器、振動和加速度傳感器、溫度傳感器組成。

（3）利用FTP－X2型分析式鐵譜儀與2020雙色鐵譜監測分析顯微鏡對油液進行分析。

表1　壓縮機監測診斷與信號選擇方式

三、應用效果分析

（1）改善了機組運行工況。通過對關鍵設備的監測分析，實時掌握設備性能狀況，及時調整工藝參數，減少不必要的損耗，使機組平均效率保持在90%以上。

（2）及時消除隱患并降低機組故障停機率。通過對石化廠關鍵設備實施振動監測診斷，先后發現軸承故障、對中不良、動靜摩擦、汽蝕等故障隱患32起，先后發現壓縮機軸瓦磨損、氣閥泄漏、閥片斷裂、彈簧脫落、活塞環磨損竄漏、機械松動等故障隱患16起；潤滑油異常磨粒故障10起。由于這些故障隱患得到及時修復和排除，避免了多起惡性事故的發生，機組運行效率及可靠性得到了明顯提高，很大程度上減少了因突發故障造成的停機，使機組平均故障率由2013年的1.01%下降到2014年的0.29%。

（3）經濟效益明顯。由于機組運行效率提高，故障停機時間減少，維修保養次數減少，材料消耗和人工費用降低。僅2014年維修費用就節省100多萬元。狀態監測與故障診斷技術有效避免或減少設備事故的發生，提高機組運行效率和可靠性，實現視情維修，對提高現代企業設備管理水平發揮重要作用，對公司安全生產、改善勞動條件，合理有效地利用能源，節省原材料，促進科學技術進步具有積極推動作用。同時在行業內樹立了良好典范。

四、結束語

運用狀態監測技術可以方便、快捷、有效地把握設備運行狀態，將故障消除在萌芽狀態，避免設備故障事故帶來的環境污染，克服過去在維修中長期存在的“過剩維修”和“維修不足”現象，從而提高設備可靠性，延長設備使用壽命，也使設備能長周期安全、穩定、滿負荷運行，提高企業的經濟效益會起到良好的效果，具有深遠的積極意義。

〔編輯利文〕

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