煉化動設備狀態監測與故障診斷技術應用

齊婧

（大慶煉化公司，黑龍江 大慶 163411）

現階段煉化企業煉化動設備實際運行期間更易受到復雜因素影響而出現故障問題，需要有序推動狀態監測及故障診斷技術網絡化、智能化、遠程化及實時化發展，結合生產現場實際要求，選擇適宜的狀態監測技術，不斷優化故障監測系統內部功能。

1 煉化動設備狀態監測與故障診斷技術的應用重要性

在煉化企業生產過程中，煉化動設備是重要生產基礎，占所有設備的30%。如煉化動設備故障問題頻繁出現，企業不僅會面臨較高的運維成本壓力，生產時的質量及安全性也將難以得到根本性保障。現階段煉化企業對煉化動設備狀態監測及故障診斷工作的重視力度日漸提升，對煉化動設備進行前期診斷、控制設備故障問題發生幾率已然成為行業發展重點。隨煉化裝置逐步趨向于大型化、集成化方向建設，煉化動設備種類復雜，國家及有關部門對煉化生產期間的安全性、環保性要求更高。常見煉化動設備主要包括壓縮機、風機、高危泵等，這些設備長期處于高溫、高壓以及高腐蝕性運行環境，安全風險更高，需要配合使用先進的狀態監測及故障診斷技術，對設備運行狀態進行實時監測。對比分析不同階段監測信號值，發現存在于設備運行環節的異常問題，并就此制定出運維管理手段，實現設備主動維護目標。

2 煉化動設備狀態監測與故障診斷技術的應用現狀

煉化企業煉化動設備狀態監測及故障診斷技術的研究工作起始于20世紀50～60年代，主要研究重點放置在了大型關鍵機組的故障診斷中。隨后幾十年間，各發達國家也陸續加大了煉化動設備狀態診斷技術的研究力度，開發出了軸承監測技術、振動監測技術及噪聲監測技術等，使狀態監測及故障診斷的精準度與全面性日漸提升。同時，為更好適應煉化企業生產自動化發展趨勢，在煉化動設備狀態監測與故障診斷中也使用了RCM理論以及檢修決策方法，進一步奠定了狀態監測與故障診斷技術在煉化動設備管理中的地位。我國狀態監測及故障診斷技術的研發時間較短，但在積極吸收國外發達國家的技術及經驗后，煉化動設備故障發生機理更為清晰，診斷方式種類增多，并形成了理論與實踐融合的交叉學科，受到了廣大煉化企業的高度關注。

就目前來看，煉化動設備的故障診斷工作主要采用故障數或故障固定規則，診斷工作較為固定，難以實現動態診斷目標。因此為從根本上提升煉化動設備綜合診斷水平，還需要配合使用智能診斷技術，在模型內構建多個故障征兆，形成動態診斷策略。在執行設備診斷流程時，診斷系統可遵照上部執行結果對后續診斷要點進行動態調控，以從根本上提高診斷工作效率。如煉化動設備經過升級改造，智能級綜合診斷系統僅通過更新測試型模型就可滿足改造后的設備診斷要求。建立設備測試模型，明確信號與測試之間的對應關系。依照矩陣內容，理清維修時間、維修費用、維修人員具體要求。配合使用先進的遺傳算法技術手段，對裝備診斷方案進行切實優化，保障診斷工作高質高效開展。

3 煉化動設備狀態監測技術

狀態監測技術主要就是對設備正常運行期間的各項技術參數進行實時監測，在監測結果超出安全范圍的情況下，可判定為設備出現故障或者即將出現故障。通過分析異常數值、導致異常問題出現的原因，精準找到設備異常部位，并制定出更為專項可行的故障維護技術手段。煉化動設備狀態監測需要采用合理技術及設備識別設備運行狀態，利用監測儀器等對設備及生產期間的關鍵部位開展實時監測，獲取完善的信號及數據信息。如設備振動、溫度、壓力值等，在故障發生前通過采用預警及管控技術手段，從根本上降低故障問題發生幾率。具體而言，煉化動設備狀態監測技術主要包括以下幾種。

3.1 振動監測技術

在煉化動設備中，振動監測技術是較為基礎的狀態監測內容，實際應用范圍較廣。煉化動設備的運行狀態可借助振動情況真實反映出來。以煉化動設備中的離心泵為例，離心泵軸承磨損、轉動零部件老化或松動、齒輪偏心及損壞等故障問題均會引發振動異常情況，借助振動監測設備能夠及時監測出異常信號，預警迷新泵異常運行狀態。振動監測設備可收集不同煉化動設備及煉化動部件振幅、振動頻率等參數。在低頻范圍內的振動可測量實際位移值、中頻范圍內的振動可測量振動速度、高頻范圍內的振動可測量振動加速度。收集到的振動參數可用于繪制特征信息圖譜，從而更為精準的判斷出振動來源以及故障問題發生部位。特征信息圖譜被應用在設備時域分析及頻率分析中，配合頻譜處理手段，從監測信號源內提取有價值數據。時域分析工作需涉及波形分析、軸心軌跡分析、波德圖瀑布圖分析等內容。為消除信號內非周期分量以及隨機干擾情況，保留特定周期分量值，也需要使用時域與頻域等方式，將截取信號疊加平均，以提高信號的信噪比。常見振動監測設備主要包括頻譜分析設備、磁帶記錄設備、振動傳感裝置以及示波器等。這些設備可組合成完整的振動監測系統，提升振動監測與故障分析水平。

3.2 溫度監測技術

溫度也是煉化動設備故障問題的主要特征參數，如設備在運行期間出現異常磨損、變形或者位移等情況均會出現溫度異常升高問題，因此應當借助監測溫度變化方式判斷煉化動設備運行狀態。現階段煉化動設備的集成化、復雜化及自動化程度日漸提升，溫度監測技術手段更為完善。如熱電偶技術、薄膜溫度監測技術、輻射測溫技術等均可應用在設備溫度測量中，使測量結果更加全面精準。由于煉化動設備運行環境較為特殊，還需要溫度監測裝置能夠滿足極限溫度監測、高溫腐蝕介質溫度監測、氣流溫度監測，固體溫度分布監測等目標，對監測人員專業技能及監測原理技術的掌握情況提出了更高要求。

3.3 壓力監測技術

壓力監測技術主要就是在煉化動設備的重要參數節點中安裝壓力監測傳感裝置，實時監測設備運行壓力。在運行系統內加裝參數記錄點，總結系統運行期間的參數變化趨勢。壓力監測可以及時發現設備運行時的壓力異常變化情況，例如設備運行時的過載問題、電路堵塞、安全閥失效等。

通過對比分析設備運行歷史參數，制定專項可行運維方案，從根本上控制設備故障問題發生幾率。當前煉化動設備均配備了液壓部件，如液壓多路閥、液壓泵、液壓油缸等。此些液壓系統應長時間處于高壓環境下運行，更容易出現故障問題，需要對液壓系統展開全面監測，排除設備運行期間安全隱患，有效控制煉化企業設備運維成本。煉化動設備壓力監測由傳感器采集數據，借助數據線傳輸給數據采集模塊，實現模數轉換與邏輯運算目標。通信電纜可以將數據傳輸給控制主機的服務器內，在服務器上開展數據存儲、運算，使相關工作人員可利用計算機直接查詢到壓力監測結果。

3.4 油液監測技術

油液監測工作主要就是借助采樣分析裝置監測設備潤滑油使用情況，獲得油品的各類性能指標，如潤滑油污染情況、潤滑油內微粒物質特征信息，明確判別設備潤滑及磨損狀態，進而判別設備運行故障問題。煉化動設備中的油液監測技術涉及學科較多，借助油液分析結果也可以確定適宜的換油時機，在設備運維工作高質開展的基礎上加強環境保護水平，促進煉化企業節能環保目標實現。因煉化動設備運行時會受到工作環境、添加劑消耗、金屬表面磨損顆粒進入潤滑油等因素影響，一段時間后的潤滑油品質將下降，無法充分發揮出應有潤滑作用，需借助發射光譜分析、紅外光譜分析、斑點試驗等手段，測量磨粒數量、尺寸、形態，判斷設備磨損問題發生原因及磨損程度。

4 煉化動設備故障診斷技術應用流程

故障診斷技術就是借助狀態監測結果，分析各類信號及特征參數，配合使用先進處理技術及專家理論，診斷出設備存在的故障問題與故障問題發生原因。煉化動設備主要由轉子、軸承、聯軸節與基礎結構組成，如設備在生產及運行過程中出現故障問題，會引發振動異常情況，因此振動式故障診斷技術的重要判別依據，對設備故障預防工作意義重大。相較于溫度、壓力等參數而言，振動參數能夠更加直接地反映出機組運行狀態，是故障診斷的基礎判別依據。振動監測故障診斷工作的開展應當對比分析頻譜圖中的頻譜分量值與監測設備的正常運行狀態參數，明確判斷出故障發生原因與故障發生位置。

現有設備振動故障診斷工作需要涉及暫態頻域分析、暫態頻域分析、趨勢分析等內容。在暫態頻率定序過程中，應當依照頻段的不同了解故障發生部位。著重關注高頻譜判別工作，在條件允許的情況下增加振動監測裝置數量。工頻成分較為突出主要是煉化動設備分軸彎曲、設備內結構角度不對中、基礎松動導致。

隨著故障診斷技術發展速度不斷加快，診斷工作也融合了更為先進的診斷理念與診斷設備，使煉化動設備故障診斷工作演變成為新興的綜合性技術。當前故障診斷技術還應與故障預警結合在一起，結合動設備運行特征、故障診斷期間的具體要求，設計出功能完善的故障預測預警系統，采用功能完善的服務器及客戶端，系統編程語言使面向對象更加廣泛。采用結構化關系型數據庫，保障數據結果可靠穩定。電力動設備故障診斷中的數據處理數量較多，要求故障診斷應當滿足更加寬泛的數據錄入格式要求，在實際錄入期間應當使用較少的輸入字段，增強與設備狀態監測儀器數據格式的兼容性。導出的數據格式可以依照規范要求以及常用格式生成結果文件，形成更為直觀的圖表資料，數據處理效率進一步增強。

故障診斷系統需要具備較強的查詢功能，滿足多條件、多項目組合查詢要求。不僅可以開展最值查詢工作，也可以有序實施局部查詢與整體查詢，使工作人員能夠根據查詢結果及時了解到設備實際運行狀態。系統內部還具備了更加詳盡的報警值，及時發現設備運行環節存在著異常問題，提升故障診斷效率。

5 煉化動設備狀態監測與故障診斷技術實際應用要點

以某煉化企業的再生風機為例。該再生風機的功率為250kw，使用膜片式連接軸承。在具體狀態監測與故障診斷工作開展期間，工作人員在軸承4周布置了監測點，并配備了在線監測系統。在再生風機運行一段時間后，工作人員發現監測評估出現異常情況。監測點位置中的振動速幅度上升明顯，風機軸承節側中的軸承連接處振動聲較大，已經形成了操作環境造成不利影響的噪聲。借助狀態監測與故障診斷系統，發現再生風機的軸承連接處出現故障問題。經過停機監測后進一步確定了軸承處的老化現象，發現振動異常極有可能是因軸承老化較為嚴重而使齒輪的嚙合不良。在更換了軸承與轉子設備后，發現再生風機各項振動參數已經趨于平穩，說明設備故障問題被排除。

6 結語

總而言之，通過將狀態監測與故障診斷技術應用在煉化動設備運行管理過程中，能夠及時監測到設備運行狀態，找尋到設備故障發生部位，從根本上提高設備運維水平。配合使用測量參數手段，可以有效進行煉化動設備故障排查工作，預報煉化動運行過程中的風險問題，明確煉化動設備運維重點，使煉化動設備始終處于安全平穩的運行狀態。