港口大型設備安全在線監(jiān)測技術研究

◎ 李靜 交通運輸部水運科學研究院

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港口大型設備安全在線監(jiān)測技術研究

◎ 李靜 交通運輸部水運科學研究院

港口大型設備是港口作業(yè)的關鍵環(huán)節(jié)，其故障停機或發(fā)生事故都會給港口裝卸生產造成經濟損失，甚至造成人員傷亡。傳統(tǒng)檢測方法無法實時監(jiān)測設備的安全狀態(tài)，而港口裝卸事故通常具有不確定性和不可預見性，因此，為了確保設備安全可靠運行，實現港口大型設備實時監(jiān)測必定成為一種趨勢。

港口 大型設備 監(jiān)測技術

1.引言

近年來，港口大型設備事故時有發(fā)生，靠傳統(tǒng)檢測很難及時、全面發(fā)現故障發(fā)生的預兆及發(fā)展趨勢。而起重機械事故通常具有不確定性和不可預見性，其造成的結果卻是極其嚴重的。目前，我國大部分港口普遍缺乏一套行之有效地實時監(jiān)測和評估港口大型設備的技術和方法。若不能及時、準確地獲取港口大型設備真實的狀態(tài)信息，則會給設備運行留下安全隱患。隨著經濟的飛速發(fā)展、貨運量的大幅增加，確保港口機械設備的技術性能狀態(tài)經常處于良好狀態(tài)，實現實時監(jiān)測，避免突發(fā)性故障的發(fā)生是亟待解決的問題。

2.港口大型設備檢測存在的問題

通過調研分析，當前港口大型設備在安全管理上主要有以下幾個問題。

（1）部分港口缺乏先進的檢測手段、方法及設備，對港口大型設備的維護主要以日常檢測為主，不能實時、準確地反映設備的實際狀況。

（2）各港口的檢測人員檢測技術水平不一，對關鍵的失效模式并不能進行準確地判別，檢測和診斷則缺乏較強的針對性。

（3）港口現場作業(yè)繁忙、環(huán)境惡劣，不停機檢測和檢測數據的傳輸存在很大的困難。且設備運行狀況相關數據大量流失，對設備的健康狀況診斷數據匱乏。

（4）港口大型設備缺乏有效的在線實時監(jiān)測設備、系統(tǒng)及安全評估系統(tǒng)。

以上問題已成為港口大型設備安全、可靠運行的潛在隱患。因此，迫切需要一種能及時發(fā)現危險源的實時監(jiān)測技術來解決這些難題，及早發(fā)現缺陷并判斷缺陷是否具有危險性，以使能及時維修處理，避免起重機事故的產生。

3.港口大型設備安全監(jiān)測技術研究

目前，針對港口大型設備檢測的常規(guī)辦法主要有目測、射線檢測、磁粉探傷檢測和超聲波檢測等方法。以上檢測方法具有很大的局限性。首先，結構表面去漆，不僅耗時長，且對于不規(guī)則的構件表面檢測比較困難，對人的操作技術水平要求較高，但效率較低。第二，射線檢測對人的身體有害，檢測時必須有很嚴格的保護措施。第三，起重設備檢測屬于高空作業(yè)，存在一定的難度，且檢測的范圍有一定的局限。第四，目測等方法很容易引入主觀誤差。基于以上原因，一般性檢測手段對于港口重大設備的缺陷診斷，誤判、漏判很難避免，且不能實時準確反映在役設備的真實狀況，對于設備運行將留下安全隱患。

隨著科技和工業(yè)的發(fā)展，國外較早地開展了起重設備的在線監(jiān)測與診斷研究，將成果應用到實際，并取得顯著的經濟效益。近年來，國內對于港口起重設備在線監(jiān)測技術的研究也向多方面進行了拓展。

3.1港口大型設備安全監(jiān)測技術

3.1.1基于電阻應變技術的無線應力在線監(jiān)測系統(tǒng)

電阻應變技術是通過電阻絲應變與電阻變化的對應關系來獲得被測件在貼有應變計處的結構應變值，從而實現對結構的檢測。該方法技術成熟，成本較低，不會對待測構件造成損傷。當前國內學者開展了無線應力在線監(jiān)測系統(tǒng)的研究。無線應力在線監(jiān)測系統(tǒng)是借助遙測技術獲取結構受力部位的應力信息，并實時傳輸到監(jiān)測設備，以達到實時了解起重機結構受力狀態(tài)的一種起重機實時監(jiān)測系統(tǒng)。此技術中應力的采集多采用電阻應變技術。電阻應變片其耐蝕性、耐濕性、耐久性差，環(huán)境適應性差，難以實現在線監(jiān)測系統(tǒng)對起重機長期監(jiān)測的目的。此外，該在線監(jiān)測系統(tǒng)在干擾因素過多，傳輸距離較大的情況下，無法保證數據能夠安全無誤傳輸。

3.1.2聲發(fā)射技術

聲發(fā)射技術，它是以瞬態(tài)應力波的形式迅速釋放其內部積累的應變能的過程，可準確捕捉活動裂紋的位置。聲發(fā)射技術用儀器探測、記錄、分析聲發(fā)射信號，并利用聲發(fā)射信號對聲發(fā)射源的狀態(tài)做出正確判斷。聲發(fā)射技術具有動態(tài)、實時、整體和連續(xù)等特點，對結構的形狀、尺寸不敏感，可以對大型結構進行大面積的檢測。它能夠在線檢測、監(jiān)測活性缺陷。對于受力情況復雜的起重機金屬結構，它比超聲波、磁粉檢測效果更好、更真實，同時也可以減少檢驗中不必要的停機。聲發(fā)射技術可以彌補常規(guī)無損檢測方法的不足，實現結構狀態(tài)的整體監(jiān)測，為有效地安全監(jiān)測提供準確的依據。

聲發(fā)射技術不能提供被測件的靜態(tài)缺陷。在實際中，由于大型起重機械工作環(huán)境比較惡劣，噪聲非常大，而聲發(fā)射信號卻非常微弱，聲發(fā)射信號則很容易被噪聲湮沒，實際測得的聲發(fā)射信號將含有較多電氣、機械噪聲，在實際的工程應用中聲發(fā)射監(jiān)測效果并不太理想。

3.1.3光纖光柵傳感技術

光纖傳感技術是一種以光波為載體，光纖為媒質，感知和測量被測量信號的新型傳感技術。光纖光柵傳感技術的優(yōu)點是抗干擾性強，不受電磁、噪聲影響；靈敏度、可靠性高；能串接復用，可實現分布式監(jiān)測；耐久性好，動態(tài)響應快，信息傳輸遠，信號長距離傳輸不需要專門的調節(jié)，可滿足長期健康監(jiān)測的要求。但傳感器、檢測儀等設備成本相對較高，且光纖傳感器對溫度同樣敏感，在實際應用中需要采取相應的溫度補償措施。光纖光柵傳感技術目前多用于橋梁結構安全監(jiān)測。

3.1.4數字圖形圖像處理技術

數字圖形圖像處理技術是通過將采集到的圖像信息轉化為數字信息，并利用計算機進行除噪、增強、復原、分割、提取等處理的方法與技術。基于數字圖像處理技術的監(jiān)測方法是一種新型的非接觸式監(jiān)測方法。基于數字圖形圖像處理技術的監(jiān)測系統(tǒng)與光纖傳感技術等監(jiān)測技術相比，成本較低。它是一種實時的、高精度的、遠距離的、能進行結構靜動態(tài)位移監(jiān)測的監(jiān)測方法。該方法不傷及被測物，不干擾被測物自然狀態(tài)，且可瞬時獲取被測物體大量物理信息和幾何信息。基于數字圖像處理技術的監(jiān)測方法對于拍攝環(huán)境要求較高。基于數字圖像處理技術的監(jiān)測方法現多用于橋梁、坡道等相對簡單的結構。起重設備工作環(huán)境復雜，利用照相機技術在無線網絡傳輸速度低的情況下不易滿足起重設備監(jiān)測的需求。利用數字攝影測量技術進行自動實時監(jiān)測將是今后鋼結構安全監(jiān)測的發(fā)展趨勢。

3.2港口大型設備監(jiān)測管理

對監(jiān)測得到的數據進行詳細的分析，若分析得到異常數據，應對用戶及時發(fā)出警告并尋找產生異常的原因，通過檢修維護，排除異常，以達到消除事故隱患的目的，實現安全監(jiān)控與起重機正常作業(yè)同時進行。使用監(jiān)測系統(tǒng)還可以積累大量史數據，當起重機出現故障，可以為維修人員查找故障提供依據，在故障發(fā)生之前做出預報，減少事故發(fā)生的概率和損失，提高起重機的安全性和可靠性。

4.結束語

本文充分比較了各種港口大型設備安全監(jiān)測技術的應用特點及技術特性，為港口企業(yè)和相關科研單位提供參考。開展港口大型設備安全監(jiān)測技術研究，開發(fā)起重設備安全在線監(jiān)測系統(tǒng)，對于港口相關部門及時掌握港口在役設備的運行狀況，防止起重事故的發(fā)生具有重要的意義。

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