石化轉(zhuǎn)動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷平臺及應(yīng)用

原泉馮坤

中國石油四川石化公司機(jī)動處 四川彭州市

北京博華信智科技發(fā)展有限公司 北京市

一、概述

四川石化是包含80萬t/a乙烯裝置和1 000萬t/a煉油裝置在內(nèi)的大型煉油化工一體化企業(yè)，企業(yè)各裝置擁有包括離心壓縮機(jī)組、往復(fù)壓縮機(jī)組、風(fēng)機(jī)、泵等在內(nèi)的轉(zhuǎn)動設(shè)備數(shù)千臺（套），其中A類關(guān)鍵轉(zhuǎn)動設(shè)備23臺（套），B類轉(zhuǎn)動設(shè)備272臺（套）。

長期以來，在設(shè)備在線狀態(tài)監(jiān)測領(lǐng)域，透平壓縮機(jī)組、往復(fù)壓縮機(jī)組、泵等不同設(shè)備的在線監(jiān)測系統(tǒng)分別由國內(nèi)外不同的廠家生產(chǎn)；同時，在線監(jiān)測系統(tǒng)與離線監(jiān)測系統(tǒng)是完全隔離的兩大系統(tǒng)。石化企業(yè)要實施狀態(tài)監(jiān)測必須對不同的設(shè)備采購不同的在線、離線監(jiān)測診斷系統(tǒng)，不同廠家系統(tǒng)之間通信、在線與離線整合困難重重，給石化企業(yè)轉(zhuǎn)動設(shè)備實施基于狀態(tài)的預(yù)知維修制造了瓶頸。

為實施基于狀態(tài)的預(yù)知維修，節(jié)約檢維修經(jīng)費(fèi)，四川石化采用具有國內(nèi)自主知識產(chǎn)權(quán)的BH5000在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)對包含透平壓縮機(jī)、往復(fù)壓縮機(jī)、泵在內(nèi)的其中80余臺轉(zhuǎn)動設(shè)備實施在線監(jiān)測，采用BH550離線監(jiān)測診斷系統(tǒng)對其他1600余臺轉(zhuǎn)動設(shè)備實施離線監(jiān)測；并在監(jiān)測診斷系統(tǒng)基礎(chǔ)上，將在線、離線監(jiān)測整合，將24臺透平壓縮機(jī)組（采用BH5000-C）、27臺往復(fù)壓縮機(jī)組（采用BH5000-R）、36臺泵（采用BH5000-P）在線監(jiān)測整合，建立了動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷統(tǒng)一平臺(以下簡稱“平臺”)。率先在國內(nèi)煉化一體化項目中實現(xiàn)了各類轉(zhuǎn)動設(shè)備在線、離線監(jiān)測和故障診斷的集中統(tǒng)一實施和管理。

自2012年底平臺建成以來，為保障四川石化轉(zhuǎn)動設(shè)備順利試車起到了積極作用。

二、轉(zhuǎn)動設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷平臺功能

圖1 狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷平臺組成

該平臺（圖1）實現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)、往復(fù)兩類關(guān)鍵設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)測；實現(xiàn)了在線監(jiān)測、離線監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理；引入MES并與狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)實現(xiàn)融合；實現(xiàn)了基于設(shè)備狀態(tài)的智能預(yù)警，并與短信平臺接口實現(xiàn)手機(jī)短信預(yù)警。

該平臺界面主要包含整合GIS地圖、設(shè)備狀態(tài)、測點狀態(tài)Tab頁、狀態(tài)監(jiān)測、報表管理等多個模塊。

1.可視化功能

該功能模塊以四川石化地圖為基礎(chǔ)，以氣泡形式將每一臺平臺所監(jiān)測設(shè)備標(biāo)記在相應(yīng)位置上，并以氣泡顏色來區(qū)分設(shè)備當(dāng)前運(yùn)行狀況。此模塊還支持由GIS顯示到指定設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測頁面的切換。

此模塊的建立，有助于巡檢人員對全廠設(shè)備運(yùn)行狀況的整體性了解，方便設(shè)備管理人員對設(shè)備的管理。

（1）設(shè)備與測點狀態(tài)統(tǒng)計功能。設(shè)備狀態(tài)模塊包含實時報警統(tǒng)計、歷史報警統(tǒng)計、故障原因統(tǒng)計、停機(jī)狀態(tài)統(tǒng)計、健康指數(shù)及導(dǎo)出Word文檔等多個功能。報警統(tǒng)計功能可統(tǒng)計集團(tuán)、公司、生產(chǎn)部、裝置等級別下設(shè)備的實時、歷史運(yùn)行狀態(tài)，以統(tǒng)計圖譜的形式顯示各狀態(tài)百分比；故障原因統(tǒng)計功能可統(tǒng)計設(shè)備故障原因，以統(tǒng)計圖譜的形式顯示各類故障原因所占百分比。柱狀圖、餅圖中，橫坐標(biāo)軸顯示故障原因；停機(jī)狀態(tài)統(tǒng)計功能用于統(tǒng)計設(shè)備停機(jī)原因，以統(tǒng)計圖譜的形式顯示各類停機(jī)原因所占百分比。柱狀圖、餅圖中，橫坐標(biāo)軸顯示停機(jī)原因；健康指數(shù)統(tǒng)計功能用于統(tǒng)計集團(tuán)、公司、分廠、監(jiān)測站等各級別下設(shè)備的健康指數(shù)。

以上所有統(tǒng)計數(shù)據(jù)、表格均可直接通過“導(dǎo)出Word”功能導(dǎo)出為Word文檔，直接用于相關(guān)報告的撰寫，很大程度地減輕了巡檢人員的工作量。

（2）報告及資料管理。報表內(nèi)容包括月報、周報、診斷報告（旋轉(zhuǎn)、往復(fù)、機(jī)泵、其他）等幾部分，資料包括與機(jī)組相關(guān)的所有電子版文檔，報告及資料管理模塊可供用戶自主上傳、下載上述報告及資料，平臺會按類進(jìn)行整理、保存，以便用戶日后查詢。

（3）在線監(jiān)測。該平臺所包含的在線監(jiān)測系統(tǒng)包括旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測系統(tǒng)（BH5000-C）、往復(fù)機(jī)械在線監(jiān)測系統(tǒng)（BH5000-R）、機(jī)泵在線監(jiān)測系統(tǒng)（BH5000-P）。旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測系統(tǒng)包括機(jī)組概貌圖、振動監(jiān)測、振動歷史比較、軸心軌跡、啟停車曲線等多個模塊，界面操作方便實用，能夠滿足大型離心機(jī)組的預(yù)警和故障診斷；往復(fù)機(jī)械在線監(jiān)測系統(tǒng)包括機(jī)組概貌圖、運(yùn)行狀態(tài)圖、歷史比較圖、振動監(jiān)測、其他參數(shù)趨勢線等多個模塊，從往復(fù)壓縮機(jī)診斷所具有的特殊性出發(fā)，以活塞桿沉降量、缸體振動、曲軸箱振動、氣閥溫度等為分析參數(shù)，界面操作方便實用，能對往復(fù)機(jī)常見的各種類型故障進(jìn)行早期預(yù)警、診斷；機(jī)泵在線監(jiān)測系統(tǒng)包括機(jī)組概貌圖、趨勢分析、沖擊診斷、轉(zhuǎn)子類故障診斷等多個模塊，主要以振動加速度和振動速度為分析對象，能夠?qū)C(jī)泵常見的軸承、齒輪、轉(zhuǎn)子等類型故障進(jìn)行精確分析、診斷。

（4）離線監(jiān)測。該平臺可將四川石化所有離線監(jiān)測機(jī)組的巡檢數(shù)據(jù)上傳、保存、分析，并可自動生成分析報告，離線儀器采集完成的數(shù)據(jù)可在上傳至平臺后進(jìn)行詳細(xì)的時域、頻域分析，克服了傳統(tǒng)離線采集只讀取振值大小不進(jìn)行詳細(xì)分析的缺點，能對離線巡檢的各類機(jī)泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備進(jìn)行及時預(yù)警。

（5）引入工藝量。在設(shè)備故障診斷過程中，除振動信號外，往往還需要諸如流量、溫度、壓力等工藝量作為參考，該平臺正是以此為出發(fā)點，將通過OPC接口引入到平臺的工藝量（進(jìn)出口壓力、流量、溫度等）與動態(tài)振動信號實現(xiàn)統(tǒng)一監(jiān)測，方便將動態(tài)振動信號同工藝量進(jìn)行同步分析，有助于更加全面的分析機(jī)組狀態(tài)確定故障來源。

三、應(yīng)用案例

1.加氫壓縮機(jī)喘振

四川石化生產(chǎn)六部辛醇?xì)庀嗉託鋲嚎s機(jī)組結(jié)構(gòu)如圖2所示，工作介質(zhì)為氫氣，試車介質(zhì)為氮氣，額定轉(zhuǎn)速為21 094r/min，額定功率為570kW，軸承為滑動軸承，密封采用干氣密封。

2013年6月16日—17日進(jìn)行了多次試車，試車過程中發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)速低于20000r/min時，機(jī)組各測點的振動均正常；轉(zhuǎn)速升至20 000r/min以上時，各測點振值急劇升高，尤其是壓縮機(jī)端。

振動異常時壓縮機(jī)端測點振值遠(yuǎn)大于汽輪機(jī)端，因此推測異常可能主要源自于壓縮機(jī)端；振動趨勢中2#測點振值嚴(yán)重超標(biāo)，頻譜以低頻成分主導(dǎo) [工頻為365Hz時，125Hz（0.34×）為主導(dǎo)頻率]，并伴有少量其他低頻成分；1#測點有時低頻分量高于1×分量；2#測點軸心軌跡雜亂。

工作轉(zhuǎn)速到達(dá)20 000r/min以上時，根據(jù)查驗特性曲線，并與運(yùn)行過程中的DCS流量等數(shù)據(jù)比對，認(rèn)為壓縮機(jī)當(dāng)時存在實際流量小于額定流量的現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)了旋轉(zhuǎn)失速（或喘振）。

后經(jīng)現(xiàn)場檢查，該壓縮機(jī)進(jìn)行喘振試驗，工作流量確實小于其額定流量，進(jìn)入了廠家給定的喘振區(qū)域。值得一提的是，在線監(jiān)測系統(tǒng)記錄的最高振動值90μm以上，而DCS記錄的振動值最高只有80μm。原因在于在線監(jiān)測系統(tǒng)采集速率遠(yuǎn)高于DCS，對設(shè)備狀態(tài)反映更加敏感。建議在后續(xù)喘振試驗，尤其是標(biāo)定喘振點時，參考在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

圖2 機(jī)組構(gòu)成及測點布置

2.加氫壓縮機(jī)鍵相與振動通道錯接問題排查

四川石化生產(chǎn)六部丁醇?xì)庀嗉託鋲嚎s機(jī)于2013年6月15日試車過程中記錄如下異?，F(xiàn)象：機(jī)組無鍵相轉(zhuǎn)速顯示；壓縮機(jī)驅(qū)動端測點2V振動嚴(yán)重超標(biāo)，引發(fā)跳車，其余測點振值均正常。

2H測點振動信號正常，而相鄰的2V測點的時域波形中出現(xiàn)類似鍵相的脈沖，不符合旋轉(zhuǎn)機(jī)械振動機(jī)理；BH5000C系統(tǒng)接入了Bently3500緩沖輸出的鍵相信號，但BH系統(tǒng)中卻未正常顯示轉(zhuǎn)速。

經(jīng)對比分析后，判斷保護(hù)表廠家將Bently3500系統(tǒng)2V測點振動信號與鍵相信號連接錯位。后經(jīng)現(xiàn)場將2V測點振動信號與鍵相信號接線互換后，機(jī)組振值恢復(fù)正常，轉(zhuǎn)速趨勢正常顯示；機(jī)組再開車正常，避免了再次誤跳車。