化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的診斷與分析

劉 軍

（黑化集團(tuán)公司焦化廠 黑龍江 富拉爾基 161041）

1 化工機(jī)械設(shè)備概述

在現(xiàn)代化工行業(yè)中，化工機(jī)械（chemical machinery）是化學(xué)工業(yè)生產(chǎn)中所用的機(jī)器和設(shè)備的總稱?；どa(chǎn)中為了將原料加工成一定規(guī)格的成品，往往需要經(jīng)過原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)以及反應(yīng)產(chǎn)物的分離和提煉等一系列化工過程，實(shí)現(xiàn)這些過程所用的機(jī)械，常常都被劃歸為化工機(jī)械?，F(xiàn)代的工業(yè)生產(chǎn)，其過程日趨向大型化和集成化的方向發(fā)展。一臺正在運(yùn)行著的化工設(shè)備，其整體實(shí)際上是一個(gè)極為復(fù)雜的大的系統(tǒng)。而當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)中的某個(gè)環(huán)節(jié)突然發(fā)生故障，如果不及時(shí)的進(jìn)行處理，那么就會有可能引起整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的故障，并不斷擴(kuò)大，進(jìn)而導(dǎo)致整個(gè)運(yùn)行系統(tǒng)的重大事故的發(fā)生。化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的診斷與分析已成為整個(gè)化工生產(chǎn)過程中極為關(guān)鍵的一環(huán)。

1.1 化工機(jī)械分類

化工機(jī)械通常可分為兩大類：①化工機(jī)器。指主要作用部件為運(yùn)動的機(jī)械，如各種過濾機(jī)，破碎機(jī)，離心分離機(jī)、旋轉(zhuǎn)窯、攪拌機(jī)、旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)以及流體輸送機(jī)械等。②化工設(shè)備。指主要作用部件是靜止的或者只有很少運(yùn)動的機(jī)械，如各種容器（槽、罐、釜等）、普通窯、塔器、反應(yīng)器、換熱器、普通干燥器、蒸發(fā)器，反應(yīng)爐、電解槽、結(jié)晶設(shè)備、傳質(zhì)設(shè)備、吸附設(shè)備、流態(tài)化設(shè)備、普通分離設(shè)備以及離子設(shè)備等?；C(jī)械的劃分是不嚴(yán)格的，一些流體輸送機(jī)械（如泵、風(fēng)機(jī)和壓縮機(jī)等）在化工部門常被稱作化工機(jī)械，但同時(shí)它們又是各種工業(yè)生產(chǎn)中的通用機(jī)械。近代化工機(jī)械的設(shè)計(jì)和制造，除了依賴于機(jī)械工程和材料工程的發(fā)展外，還與化學(xué)工藝和化學(xué)工程的發(fā)展緊密相關(guān)?；C(jī)械主要研究機(jī)械的耐腐蝕等，還有電化學(xué)等范圍。

1.2 化工機(jī)械的性能

化工產(chǎn)品的質(zhì)量、產(chǎn)量和成本，在很大程度上取決于化工機(jī)械的完善程度，而化工機(jī)械本身的特點(diǎn)必須能適應(yīng)化工過程中經(jīng)常會遇到的高溫、高壓、高真空、超低壓、易燃、易爆以及強(qiáng)腐蝕性等特殊條件。近代化學(xué)工業(yè)要求化工機(jī)械：①具有連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的安全可靠性。②在一定操作條件下（如溫度、壓力等）具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。③具有優(yōu)良的耐腐蝕性能。④密封性好。⑤高效率和低能耗。

1.3 化工機(jī)械的特點(diǎn)

化工機(jī)械是化學(xué)工廠中必不可少的生產(chǎn)裝備，化工機(jī)械有別于其他機(jī)械的顯著特點(diǎn)是：（1）涉及的能量形式多種多樣，相互間轉(zhuǎn)換過程也很復(fù)雜，最常見的能量形式有熱能、機(jī)械能、化學(xué)能、電磁能等；（2）工質(zhì)性質(zhì)多變，如其組成、組分及其相態(tài)的多變等；（3）運(yùn)行工況域十分寬闊，操作參數(shù)特殊，如高低壓、高低轉(zhuǎn)速、高低溫、高低粘度等；（4）具有優(yōu)良的適應(yīng)不同化學(xué)性質(zhì)要求的特點(diǎn)。從而構(gòu)成了化工機(jī)械裝備特殊結(jié)構(gòu)的千變?nèi)f化。大體上可以分為化工設(shè)備和化工機(jī)器兩類?；ぴO(shè)備包括各種容器如熱置換器、塔器、反應(yīng)器等。其主要作用部件一般是靜止的。或者只有很少運(yùn)動的?；C(jī)器包括離心機(jī)、過濾機(jī)、破碎機(jī)、旋轉(zhuǎn)窯和旋轉(zhuǎn)干燥機(jī)等。其主要作用部件是經(jīng)常運(yùn)動的，如各專用泵、壓縮機(jī)、運(yùn)輸機(jī)等。都具有化工機(jī)器的特點(diǎn)。

2 化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷與分析的作用

狀態(tài)診斷就是利用現(xiàn)有的已知信息去認(rèn)識那些含有不可知信息的系統(tǒng)的主要特性、狀態(tài)，并分析它的發(fā)展趨勢，在深入分析的基礎(chǔ)上，對化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行診斷，并對可能發(fā)生的故障做早期的預(yù)報(bào)，然后對未來的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測。對要采取的行動進(jìn)行決策。化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷與分析的主要作用具體可分為以下幾點(diǎn)：

2.1 從設(shè)備運(yùn)行特征的信號中，快速提取對狀態(tài)診斷有用的運(yùn)行信息，從而確定檢測設(shè)備的各項(xiàng)功能是否運(yùn)行正常。

2.2 根據(jù)運(yùn)行設(shè)備的獨(dú)有特征信號，進(jìn)行故障內(nèi)容的確定，并確定故障部位、形成程度和未來的發(fā)展趨勢，進(jìn)行深入的狀態(tài)分析后作出決策。

2.3 對運(yùn)行設(shè)備可能發(fā)生的機(jī)械故障，能夠做出早期的預(yù)報(bào)，從而保障化工設(shè)備的安全和可靠的運(yùn)行，進(jìn)而使化工設(shè)備發(fā)揮最大的效益。

2.4 通過化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷與分析，能夠評定化工設(shè)備的動態(tài)性能和前期的設(shè)備維修質(zhì)量。

2.5 對化工機(jī)械設(shè)備先前發(fā)生的設(shè)備故障進(jìn)行及時(shí)、準(zhǔn)確地狀態(tài)檢測，然后確定發(fā)生的原因，在分析基礎(chǔ)上，快速決定進(jìn)一步維修的措施。

3 化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷與分析的中運(yùn)用的主要技術(shù)

化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的診斷是通過對運(yùn)行設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行檢測，并對出現(xiàn)異常設(shè)備的故障進(jìn)行快速分析診斷，從而給設(shè)備維修提供支持，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。具體為以下幾種：

3.1 電子及計(jì)算技術(shù)。能夠保障化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的安全可靠運(yùn)行，使化工機(jī)械設(shè)備發(fā)揮最大的效益。利用一些專用的儀器設(shè)備對新的信號進(jìn)行拾取和分析，并根據(jù)不同設(shè)備的獨(dú)有特征的信號確定化工機(jī)械設(shè)備的故障內(nèi)容，進(jìn)行分析后，確定化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的分析結(jié)論，并進(jìn)一步得出化工機(jī)械設(shè)備的處理方法，根據(jù)設(shè)備故障的部位，狀態(tài)程度和未來發(fā)展趨勢，作出決策。

3.2 油分析技術(shù)。機(jī)械零件失效的主要形式和原因有三種，即腐蝕、疲勞和磨損。而磨損失效約占機(jī)械零件失效故障的50%左右，所以，油分析技術(shù)在化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和診斷中越來越顯示重要。

3.3 溫測技術(shù)。溫度與機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)有密切的關(guān)系。以溫度為指標(biāo)的測試技術(shù)，非常適合進(jìn)行在線測量。運(yùn)用中，紅外測溫技術(shù)能夠進(jìn)行非接觸式和遠(yuǎn)距離測試，所以現(xiàn)在運(yùn)用越來越普遍，檢測時(shí)可以直接讀出測點(diǎn)溫度的數(shù)值，所以，對設(shè)備利用溫度進(jìn)行診斷，可以起到快速見效的效果。

3.4 聲、振測試及其分析技術(shù)。對發(fā)生故障的設(shè)備，要能夠及時(shí)和準(zhǔn)確地確定發(fā)生的原因，機(jī)器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的好壞與機(jī)器的振動有著很重要的聯(lián)系，目前，聲、振測試是評定維修質(zhì)量和設(shè)備的動態(tài)性能，最好的技術(shù)，也是狀態(tài)診斷和狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)中，應(yīng)用最普遍的技術(shù)，并且，目前已取得了不錯(cuò)的應(yīng)用效果。

3.5 無損檢測技術(shù)。無損監(jiān)測技術(shù)是獨(dú)立的一種技術(shù)，如超聲，磁粉、著色滲透的表面裂紋的探傷，以及探傷等技術(shù)。人們已越來越重視這些技術(shù)，用其對大型固定或運(yùn)動裝置進(jìn)行監(jiān)測和診斷。

4 化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷與分析的方法

4.1 化工機(jī)械設(shè)備狀態(tài)診斷的簡易方法。簡易診斷方法采用了便攜式測振儀拾取信號，并直接由信號的參數(shù)或統(tǒng)計(jì)量組成指標(biāo)，根據(jù)分析來判定設(shè)備是否正常。所以，簡易診斷用在設(shè)備狀態(tài)檢測中，可作為再次診斷的基礎(chǔ)。其方法簡單易行、投資少，見效快，受到廣泛的歡迎和重視。

4.2 齒輪故障診斷方法。雖然現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備多種多樣，但齒輪傳動有著結(jié)構(gòu)緊湊、使用效率高、使用的壽命長的優(yōu)點(diǎn)。并且其工作具有可靠、維修方便的特點(diǎn)，所以在運(yùn)動、動力傳遞、速度變更等方面得到了廣泛的應(yīng)用。但由于它特有的運(yùn)行方式，也造成了兩個(gè)突出的問題:一是噪聲和振動的傳遞方式大，二是當(dāng)材質(zhì)、制造工藝、裝配、熱處理等各個(gè)環(huán)節(jié)沒達(dá)到理想的運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，就會成為重要的誘發(fā)機(jī)器故障的因素，因此，齒輪運(yùn)行狀態(tài)的診斷很復(fù)雜。

4.3 功率譜有三種頻結(jié)構(gòu)，分別對應(yīng)原因如下：（1）山狀譜，主要是結(jié)構(gòu)共振的頻率，如齒輪軸橫向的振動產(chǎn)生的固有頻率。（2）線狀譜，主要是齒輪的嚙合頻率及運(yùn)動產(chǎn)生的諧波的頻率。（3）隨機(jī)譜，主要是隨機(jī)振動產(chǎn)生的振動信號。

運(yùn)行正常的齒輪功率譜可能同時(shí)有以上三種頻率結(jié)構(gòu)，幅值都相對小，但是隨著齒輪發(fā)生故障，它的線狀譜的幅值部分會上升。功率譜分析在齒輪故障的診斷中發(fā)揮了越來越大的作用，成為故障診斷和振動監(jiān)測的信號處理技術(shù)中應(yīng)用最廣的技術(shù)，對點(diǎn)蝕、大面積磨損等均勻故障有明顯分析效果。

[1]盛兆順，尹琦嶺，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用[M].化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

[2]戴東華，設(shè)備監(jiān)測與診斷技術(shù)的特點(diǎn)及發(fā)展應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，1999.