高爐鼓風(fēng)機自動化類振動故障診斷實踐

李 泉

引言

首鋼股份公司共有四套AV100高爐鼓風(fēng)機組，運行狀態(tài)為三用一備，分別為三個高爐供風(fēng)。為確保設(shè)備安全運行，為公司生產(chǎn)保駕護航，2007年開始相繼在四臺高爐鼓風(fēng)機組中投用阿爾斯通“S8000大型旋轉(zhuǎn)機械在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)”，系統(tǒng)投用近十年來，在設(shè)備故障診斷分析處理，確保設(shè)備穩(wěn)定順行方面積累了多起典型的成功案例，同時也為企業(yè)帶來了顯著的經(jīng)濟效益。

1 高爐鼓風(fēng)機自動化類振動故障概述

自動化類振動故障是指由于現(xiàn)場設(shè)備振動監(jiān)測系統(tǒng)中信號傳輸系統(tǒng)傳感器、信號電纜等部件缺陷引起的機組振動數(shù)值異常、大幅增高而嚴重影響設(shè)備安全運行甚至導(dǎo)致設(shè)備停機的現(xiàn)象，該類振動雖然是“假振”，但由于參與設(shè)備振動報警及停機連鎖，后果嚴重甚至造成重大生產(chǎn)損失。另外該類振動由于容易與“真振”相混淆，往往會影響最終的分析與判斷，延誤故障處理時機而產(chǎn)生重大損失。

根據(jù)首鋼股份公司高爐鼓風(fēng)機投產(chǎn)以來的振動故障統(tǒng)計，自動化類振動故障占比最高，影響嚴重甚至造成設(shè)備停機而影響了高爐正常生產(chǎn)。自動化類振動故障主要有如下三種類型：（1）探頭失效;（2）接口噪聲干擾;（3）信號干擾。

圖1中的探頭失效和干擾類故障均屬于自動化類振動。簽于自動化類振動故障的特殊性，從我公司診斷實踐來看，用現(xiàn)場經(jīng)驗判別或事后采振分析效果均不明顯甚至誤導(dǎo)診斷方向，比如在接口噪聲類振動故障分析處理過程中，我們就走了很多彎路，耗費了大量的時間及人力物力，最終我們還是依靠“S8000大型旋轉(zhuǎn)機械在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)”對故障進行了準確的定位，并為之后同類故障處理積累了寶貴的經(jīng)驗。

圖1 首鋼股份公司以來高爐鼓風(fēng)機主要故障統(tǒng)計

2 自動化故障類振動實際案例分析

2.1 探頭失效類故障案例

此類故障共發(fā)生過三次，均表現(xiàn)為振動大幅增高后突發(fā)性停機，給生產(chǎn)造成重大損失。

（1）1#風(fēng)機2009年10月19日03：47排氣側(cè)X向軸振信號XI3813-2發(fā)出報警,1 s后停機。

（2）1#風(fēng)機2011年9月14日06:36:06排氣側(cè)Y向軸振動上升，6:36:12風(fēng)機保護信號停機。

（3）2#風(fēng)機2015年9月18日電機3824探頭震動在28～180 ym之間大幅波動，18號達到230μm,21：05跳機。

2.1.1 故障經(jīng)過

以2009年1#風(fēng)機為例，2009年10月19日3：47，1＃7000 風(fēng)機排氣側(cè) X 向軸振信號 XI3813-2發(fā)出報警,1 s后停機。圖2可看出停機時刻測點XI3813-2振動值高達280μm，傳感器Gap電壓 3：47有明顯的變化，由-7.6 V↑-1 V,見圖3。

圖2 1#風(fēng)機故障時刻測點振動趨勢

圖3 XI3813-2探頭Gap電壓趨勢圖

2.1.2 探頭失效故障診斷依據(jù)

通過S8000在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分析:（1）故障時刻測點振動值突然大幅升高并超過停機值。

（2）故障時刻測點Gap電壓明顯有異常變化，超出-7 V至-12 V正常工作電壓范圍。

（3）GAP電壓超出-7 V至-12 V正常工作電壓范圍。

2.1.3 探頭失效主要原因

（1）渦流傳感器隨機組長期運行，工作條件比較苛刻，難免有失靈現(xiàn)象。

（2）探頭到達使用壽命。

（3）探頭安裝固定不當(dāng)，大中修后回裝質(zhì)量差或長期運行后松動、損傷。

2.1.4 故障對策

通過我公司發(fā)生的多起此類故障案例可知，探頭失效類故障具有突發(fā)性并立即造成惡性停機，依靠常規(guī)監(jiān)測手段不能提前發(fā)現(xiàn)故障征兆。解決對策：

（1）通過現(xiàn)場使用經(jīng)驗總結(jié)探頭使用壽命，定期更換。

（2）加強大中修期間自動化系統(tǒng)施工監(jiān)管，提高探頭回裝質(zhì)量。

2.2 接口噪聲干擾類故障案例

此類故障在我公司共發(fā)生過4次。故障表現(xiàn)為振動值無規(guī)律不定期大幅波動，嚴重影響設(shè)備安全穩(wěn)定運行。

2.2.1 故障經(jīng)過

以2011年3#風(fēng)機為例，2011年9月20日3#風(fēng)機擴容改造完成后，23：06開始取代4#機為三爐送風(fēng)，運行至 9月30日02:26:18，3#風(fēng)機電機勵磁側(cè)YT1704、XT1704傳感器開始呈現(xiàn)無規(guī)律、不定期的振動異常波動現(xiàn)象，從圖4故障時段振動趨勢圖中可以看出，振動最大值為31日00:04:56,達到139.6μm 。

圖4 3#風(fēng)機故障時刻振動趨勢

2.2.2 故障分析

通過S8000大型旋轉(zhuǎn)機械在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)分析：圖5頻譜分析圖中可以看出，所有頻率具有相同能量，即各等帶寬能量相等。

圖5 3#風(fēng)機故障時刻振動頻譜圖

從振動殘余量列表可知：勵磁側(cè)X、Y兩個測點在2011年10月8日00:40～01:14時段殘余量超過20μm.明顯高于其它測點，具有明顯的干擾特征。

2.2.3 故障原因

信號電纜接線端子松動，傳感器或延伸電纜接插件的接觸電阻變化引起的接觸不良。以上情況都可能在偶然的情況下，引發(fā)電氣干擾或接口噪聲，進而使測量值跑高。

2.2.4 故障主要特征

（1）頻譜圖：整個頻域內(nèi)均勻分布，所有頻率具有相同能量，即各等帶寬能量相等。

（2）振動列表：故障測點殘余振動值明顯高于其它正常測點。

（3）經(jīng)常出現(xiàn)時間：大中修或檢修后。

2.2.5 故障對策

我公司多次發(fā)生的該類案例大部分發(fā)生在高爐鼓風(fēng)機大中修或檢修后，該情況足以說明自動化部件檢修回裝質(zhì)量造成的端子松動、插件是振動的主要原因，因此杜絕此類故障只能從強化檢修質(zhì)量入手。

2.3 信號干擾類故障案例

此類故障共兩種，一種發(fā)生在運行設(shè)備附近有在用測試儀器，另一種發(fā)生在運行設(shè)備（如我公司TRT壓差發(fā)電機組）附近有在用的對講機等通訊設(shè)備。具體表現(xiàn)為故障時段內(nèi)多次振值突然巨增且持續(xù)時間短暫。

2.3.1 故障經(jīng)過

2011年 9月21日二高爐檢修期間，對1#風(fēng)機所有振動探頭用北京中聯(lián)克龍科技發(fā)展有限公司生產(chǎn)的MV型振動傳感器校準儀就行了檢查試驗。該時間段S8000系統(tǒng)監(jiān)測發(fā)現(xiàn)測試期間正在運行中的2、3號機組出現(xiàn)同步大幅振動的異?，F(xiàn)象，振動最大值接近300μm。

由圖 6、圖 7、圖 8 可以看出，2#、3#風(fēng)機振動趨勢與1#機測試時震動趨勢完全同步且振值非常大。

圖6 1#風(fēng)機振動趨勢圖

圖7 2#風(fēng)機振動趨勢圖

圖8 3#風(fēng)機振動趨勢圖

2.3.2 故障原因

（1）設(shè)備附近測試儀器或通訊設(shè)備電磁信號干擾。

（2）現(xiàn)場監(jiān)測保護系統(tǒng)框架表抗干擾能力差。

2.3.3 信號干擾類故障特征

（1）運行中的機組振動時刻、振值變化與干擾源同步。

（2）頻譜圖：整個頻域內(nèi)均勻分布，所有頻率等比帶寬能量遞減。

（3）振動列表：殘余振動值明顯走高且故障時段S8000殘余振動列表歷史趨勢數(shù)據(jù)明顯走高。

2.3.4 故障對策

測試儀器或通訊設(shè)備對附近運行中的設(shè)備振動干擾能量非常大，最大值已達到300 um，振動持續(xù)時間一旦達到程序設(shè)定的延時5 s后立即停機，將給生產(chǎn)造成巨大的損失。 解決對策：

（1）杜絕或遠離設(shè)備現(xiàn)場使用有發(fā)射信號的測試設(shè)備及通訊設(shè)備。

（2）選用抗干擾性強的、高質(zhì)量的現(xiàn)場監(jiān)測保護系統(tǒng)框架表。

3 結(jié)語

自動化類振動故障是高爐鼓風(fēng)機振動類故障中發(fā)生率占比最高的故障類別，在實踐中此類故障經(jīng)常與其它類振動故障混淆發(fā)生誤判而影響生產(chǎn)，本文通過對首鋼股份公司近年實際案例的詳細分析，總結(jié)出了三種類型的自動化故障診斷方法及解決對策，對今后冶金、電力、石化等大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備故障診斷具有重要的參考價值。

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