煤氣加壓機智能監測技術應用研究

李凱銘，孫 強，周 楊，高金虎

（1.酒鋼集團牙買加阿爾帕特氧化鋁公司；2.酒鋼集團宏興股份公司，甘肅嘉峪關 735100）

前言

酒鋼宏興股份公司動力廠碳鋼燃氣站、凈化加壓站、中厚板加壓站三個站所共有12 臺煤氣加壓機，主要作用是對高爐煤氣和焦爐煤氣進行加壓。設備日常維護模式為點檢人員依據人工測溫、測振數據，制定設備維護計劃，實施維護工作。

1 人工檢測存在的問題

1.1 設備狀態數據采集準確性低

設備運轉狀態下重點檢測的軸承振動、溫度等數據均為人工手持儀器采集。檢測數據受人員技能、儀器精密度、采集方法、采集位置等多方面因素影響，存在一定的誤差，不能準確反映設備運行狀態。

1.2 設備狀態數據采集間隔長

煤氣加壓機設備的振動、溫度是反應設備運轉狀況的重要參數，可以直接判斷設備是否存在異常，因此，數據的實時采集和分析尤為重要。而目前以上兩個參數的采集周期為2 h，由于數據采集間隔長，不能準確判斷設備運行狀況，存在維護不及時的問題。

1.3 設備狀態數據采集存在安全風險

煤氣加壓站值班人員僅為2～3 人，其中一人需承擔監盤工作，其余人員承擔設備維護、巡檢、操作等工作。目前值班人員數量不能滿足生產操作、設備維護的需要，且煤氣加壓機溫度、振動需2 h 檢測一次，在一定程度上增加了人員暴露在煤氣區域的頻次，存在人員發生煤氣中毒的風險。

1.4 設備狀態數據信息不能及時發布

設備狀態采集數據僅上傳信息化平臺，只能通過公司內網平臺查詢數據。在故障判斷方面只能采用離線分析法，依靠人員經驗判斷原因，存在故障原因分析不準確的問題。

2 煤氣加壓機智能監測技術應用改造

2.1 在線監測系統方案比選

為對設備運行狀態進行實時監控，擬對煤氣加壓機及電機增設溫度、振動監測系統，監測信號引入各煤氣加壓站主控室集中監控。

方案一：無線監測系統。溫度、振動監測裝置采用一體式無線傳感器，傳感器電源由內置電池提供，通過設備就近安裝的無線采集裝置接收監測信號，再通過光纜或無線信號傳輸至控制室內監控后臺接收裝置。

優點：無線監測系統設備安裝方便快捷、傳感器檢修更換難度小，施工過程中不涉及信號電纜及管線的敷設。

缺點：無線監測系統易受到外界電磁場干擾，傳輸信號不穩定，信號傳輸的有效距離無法得到保障；傳感器需要自帶電池供電，若連續傳輸信號，需要頻繁更換電池，增加了維修成本，且設備故障點增多。

方案二：有線監測系統。溫度、振動監測裝置采用一體式有線傳感器，傳感器電源由數據采集裝置保護箱內24 V 開關電源提供，監測信號通過屏蔽電纜接引至設備就近的數據采集裝置，再通過光纜傳輸至控制室內監控后臺［1］。

優點：有線監測系統信號傳輸穩定、連續，不易受到外界電磁信號的干擾，可以根據監控參數的重要程度，設置傳感器發送數據的周期和頻率。

缺點：有線監測系統需要額外配置傳感器專用電源模塊及電源線，且實施過程中每個傳感器需要敷設屏蔽電纜以傳輸信號，增大了施工量及難度。

方案比選結果：依據現場設備實際運行工況及設備重要性，方案二在數據穩定可靠采集與傳輸方面優于方案一，可實現實時連續監控設備狀態，故選用方案二。

2.2 在線監測系統組成

在線監測系統主要由軸溫傳感器、加速度振動傳感器、數據采集器、匯聚控制器及監測軟件平臺組成，監控后臺及采集器信號匯集裝置安裝于各煤氣加壓站集中控制室內。煤氣加壓機溫度、振動系統組成示意圖見圖1。

圖1 煤氣加壓機溫度、振動系統示意圖

2.3 在線監測系統原理

現場安裝的每個傳感器都具有唯一的ID，安裝過程中記錄每臺設備的物理位置編號，并與所對應安裝的傳感器ID 綁定。通過有線采集器的傳輸，將實時監測數據上傳至控制室監控系統，并可根據實際需求將部分重要節點的監測數據錄入云端服務器數據庫中，以便于通過移動終端查詢。

2.4 在線監測數據采集

煤氣加壓機和電動機的溫度、振動監測元件采用軸承測溫傳感器及加速度振動傳感器，通過磁吸座粘貼或螺紋安裝于電機的軸承側和加壓機的軸瓦側，測溫、測振點設置見表1。在加壓機就近位置設置一套有線數據采集器，將監測信號上傳至控制室，并在控制室內設置集中數據處理器，接受上傳信號。

表1 煤氣加壓機、電機測溫、測振點設置

2.5 在線監測系統功能

2.5.1 設備運行狀態實時監測功能

實時監測電動機、加壓機設備運行狀態；實時監測電動機、加壓機溫度、振動并在超限時進行報警。

2.5.2 監測數據超限報警功能

監測數據超限報警后，在故障前進行預警提示，發出語音報警提示值班人員需要進行檢查與維護，值班人員持便攜式檢測儀器對溫度、振動監測數據進行手動檢測，以排查是否是監測儀表出現故障。同時，值班人員通過聲音進一步確認設備狀態，如設備異常，立即安排停機處理。

2.5.3 監測數據存儲功能及匯總管理

該系統能夠自動存儲數據一年，也可以根據實際需要設定存儲時長、數據存儲間隔等；系統兼容多種國際計算機通訊協議（DDE、OPC、FTP）和工業標準協議（IEC 61850、IEC 104、modbus），可與其他綜合系統掛接或與局端軟件進行通信，將監測數據匯總統一管理［2］。

2.5.4 故障診斷功能

將設備的異常狀態特征與典型故障特征進行對比，找出疑似的故障原因及故障部位，通過報警報表功能打印出有關報警的詳細結果，為人工判斷故障原因提供依據。

2.6 在線監測系統特點

（1）人性化的人機交互界面

界面設置總貌圖（區域總貌圖和單機總貌圖），區域總貌圖可以實時顯示所有設備健康狀態、運行狀態、故障部位、故障趨勢折線圖；單機總貌圖界面顯示設備信息、銘牌、設備運行情況（運行時長、運行率）、近期檢修、單體設備3D模型溫度以及振動等實時狀態，方便人員監控設備狀況。

（2）多級用戶操作權限管理

系統設有技術負責人、點檢負責人、崗位負責人三個不同級別的操作權限，需要進行身份識別（輸入密碼）后才能登錄系統實施各自權限內的操作，以確保系統運行的安全。

（3）參數設置方便

在系統軟件中，可根據實際情況能方便地對設備參數、系統運行參數、報警限值進行設置，從而實現系統整體能效比的最大化。

（4）故障診斷分析技術

系統采用在線分析方法，通過監測數據對設備進行全方位分析與診斷，提供診斷結論和檢修建議，指導人員對設備開展檢查、檢修工作［3］。

（5）設備運行參數查看方便

各級人員可利用手機端APP 軟件隨時查看監測數據及警告通知，解決只能通過公司內網平臺查詢數據的問題，方便多人在線診斷，可及時確認設備故障原因。

3 項目實施效果

本項目實施后，實現設備智能監測功能，實時監測設備振動、溫度運行參數，準確掌握設備運行狀況，通過運行參數報警功能，及時發現設備運行存在的問題并提供診斷結論和檢修建議，為設備問題的及時處理提供依據。同時，崗位人員點檢周期由2 h延長至12 h，降低了人員勞動強度。

例如：凈化加壓站4#加壓機電動機軸承溫度報警值70 ℃、停機報警值75 ℃；振動報警值0.055 mm、停機報警值0.065 mm。2023 年4 月6 日凈化加壓站4#加壓機電動機前軸承溫度監測70 ℃報警，工程師、點檢、崗位人員分析4 月1 日～5 日溫度和振動趨勢，發現4#加壓機電動機前軸承溫度和振動均出現緩慢上升趨勢，溫度、振動的人工檢測數據與系統監測數據基本一致，對設備補加潤滑油，觀察運行狀態。4 月7 日4#加壓機電動機前軸承溫度值達到75 ℃，振動值達到0.06 mm，系統發出停機報警，診斷結論為溫度、振動異常，檢修建議為檢查電動機前軸承有無異常。崗位人員根據停機警報要求立即對機組停機檢修，在4 月8 日～9 日電動機軸承檢查過程中，發現軸承滾動體存在磨損是軸承溫度上升的主要原因，檢查結果與系統診斷結論一致。通過系統及時報警和指導結論，避免了設備故障發生，準確完成缺陷處理，快速完成機組投運。凈化加壓站4#加壓機、電機軸承溫度監測值趨勢圖見圖2、軸承振動監測值趨勢圖見圖3。

圖2 軸承溫度監測值趨勢圖

圖3 軸承振動監測值趨勢圖

4 結論

酒鋼宏興股份公司動力廠碳鋼燃氣站、凈化加壓站、中厚板加壓站應用煤氣加壓機智能監測技術后，實現了多層級設備運行參數實時在線監測功能。該系統監測數據準確，可通過系統報警及時發現故障，并依據系統診斷結果為設備檢修提供參考，有效避免了設備因突發故障停機引發的煤氣泄漏及煤氣供應中斷事故，提升了設備的保供能力。