石化行業(yè)防爆型電機無線智能測溫系統(tǒng)的科學應用及研究

汪世明

（中國石油 玉門油田煉化總廠，甘肅 玉門 735200）

0 引言

隨著近幾年大型石化基地的不斷建成投產，行業(yè)內競爭日趨白熱化，催促著各石化企業(yè)不斷自我要求改革創(chuàng)新，以取得生存空間。眾所周知，石化行業(yè)生產過程復雜，流程要求精細，是高危、高附加值行業(yè)。安全、環(huán)保、質量是它的生命線；長期、連續(xù)、優(yōu)化生產是它的成長線；設備本質安全可靠性是它的保障線。其中，防爆型電動機則是它的“心臟”，為石化生產、調和、儲輸系統(tǒng)的正常運行持續(xù)提供動力。

石化企業(yè)里無論加工規(guī)模大小還是加工流程長短，都在大量使用著防爆型電動機。處在工藝流程位置的電動機都是采用“開一備一”形式配備的，在關鍵工藝位置的電機甚至要采用“開一備二”的方式，其供電電源均需采用雙回路方式[1]，由此可見其重要性。如何保證電動機長周期運行，無疑越來越受到業(yè)界的高度重視。

1 石化行業(yè)電動機管理現(xiàn)狀

1.1 防爆型電動機的主動維修

隨著石化設備質量的不斷提升，設備管理能力的不斷強化，石化行業(yè)的設備大修也由“每年一休”逐步提升為“三年一修”或“五年一修”。但是，防爆型電動機故障，尤其是常見的接線端斷路、短路，因其隱蔽性很強、突發(fā)性很高，后果非常嚴重，已成為造成石化企業(yè)大面積非計劃停工的“罪魁禍首”[2]。應運而生的“抗晃電”技術也只是作為“后手”，不得不在連續(xù)型生產企業(yè)廣泛推廣使用。為了把風險預判評估提到事故前面，電動機主動性維修的概念迅速獲得推廣。企業(yè)通常通過制度上強推，要求每年兩次的電動機接線開蓋檢查，通過有計劃地排查篩選，每年也能發(fā)現(xiàn)一些異常情況，使電機故障率有所下降。

1.2 防爆型電機的過度檢修

防爆型電動機接線柱的維修，通常經過開電機接線盒蓋，拆接連接線纜接頭，拆裝接線柱隔板、儀器檢測等工作來完成。對于大型電機來講，拆裝工作量很大，需要耗費大量的人工和體力來完成。對于中小型電機來說，由于防爆電機接線盒內作業(yè)空間狹小，頻繁拆卸電纜接頭部位易造成接線鼻子損壞、電機引線松脫、斷線等[3]。因維修人員技能水平低、思想麻痹等原因，會造成部件不夠緊固、薄弱位置不完好，電動機破壞性耐壓試驗等過度維修。這些因素無疑會給防爆電機的長期可靠運行埋下隱患，是“杜絕非計劃停工”要求不能容忍的。

1.3 防爆型電機的維修風險

電動機是由電能來驅動的，它的維修過程涉及斷電能量隔離、重物搬移（如大型電機接線盒蓋）、防爆密封面損壞，必然存在人員觸電、機械傷害、火災爆炸風險；加之，主泵維修過程中備用機泵的單泵運行發(fā)生“禍不單行”的事故也屢見不鮮。這些風險的存在，為頻繁開展防爆型電機開蓋檢查的管理增加了難度，耗費了大量資源，與當今企業(yè)廣泛推行的精益化管理要求早已格格不入。因此，電動機預知性維修的需要“破土而出”。

2 常規(guī)防爆型電動機測溫方式及局限

從防爆型電機實際運行情況來看，電機接線端故障的發(fā)生、發(fā)展到故障，其常見故障形式有松動、斷股、過電流斷線或絕緣老化破壞，接地、弧光短路；其外在物理量表現(xiàn)形式均為溫度持續(xù)升高。

2.1 常規(guī)電動機測溫方式

為了確保防爆型電機的可靠運行，及時發(fā)現(xiàn)電機風險點，為主動維修提供科學合理的技術依據(jù)，現(xiàn)常采用紅外溫度計法，即利用紅外測溫槍、熱成像儀等紅外測溫儀器定期對電動機進行測溫，依據(jù)環(huán)境溫度、電機負荷大小來判斷電機的風險指數(shù)。兩者檢測范圍不同，紅外測溫槍測量的是以發(fā)出紅外線與被測物形成的光點為計量溫度，適用于單臺設備的局部或定點測溫；而熱像儀則是以面為單位，立體呈現(xiàn)熱像儀視角內溫度梯度情況，適用于設備群、大型設備、面的檢測。兩者價格也相差較大，熱像儀價格通常為紅外測溫儀價格的數(shù)十倍。

2.2 常規(guī)測溫的局限性

通常使用的紅外測溫設備在使用過程中，對反射率等參數(shù)要依據(jù)被測物的材質正確選用，否則測量結果誤差會很大。但是，由于石化裝置電機因其使用工藝位置的環(huán)境不同，其紅外線反射率不同，需要長期的經驗積累才可準確掌握測量設備參數(shù)的設定，確保測量數(shù)據(jù)有效。由于石化行業(yè)防爆性的要求，防爆型測溫設備笨重，不便于攜帶，且測量數(shù)據(jù)實時性差，不便于綜合性分析，給使用者帶來很多“不友好”的體驗。如果采用固定安裝方式，則需要供給電源，信號遠傳需鋪設大量線纜，鏡頭需經常擦拭等工作，施工量不容小覷。

3 無線測溫系統(tǒng)

隨著無線射頻傳輸技術的廣泛應用，以及測溫元件、高能電池、高耐壓絕緣材料等的開發(fā)使用，無線測溫系統(tǒng)在防爆型高、低壓電動機接線端處的應用，以成為解決防爆型電動機測溫難題的最佳方案。

3.1 無線測溫系統(tǒng)構架

無線測溫系統(tǒng)主要由四部分組成：無線溫度傳感器、智能溫度監(jiān)測儀、監(jiān)控服務器、監(jiān)控軟件。其中，無線溫度傳感器和智能溫度監(jiān)測儀是系統(tǒng)的終端設備，監(jiān)控服務器和監(jiān)控軟件是整個系統(tǒng)的核心，負責整個系統(tǒng)的管理、數(shù)據(jù)記錄與處理，并提供多客戶端的查詢功能。系統(tǒng)構架圖如圖1所示。

3.2 無線測溫系統(tǒng)各組件及功能

3.2.1 無線溫度傳感系統(tǒng)

1）無線溫度傳感器

無線溫度傳感器溫度探頭通過引線引出，固定在待測溫度點。傳感器內部通過電池供電，不需要外接電源。無線溫度傳感器內部標配有3個溫度探頭，也可根據(jù)用戶的要求配1～2個溫度探頭。

無線溫度傳感器按照系統(tǒng)設置的時間間隔（時間間隔可根據(jù)用戶需要調整），每隔一定時間發(fā)送一次溫度數(shù)據(jù)；如果溫度上升到設定的上限值，不管間隔時間是否到了，則自動上傳溫度值，做到及時發(fā)現(xiàn)，及時處理。傳感器具有自檢測功能，當電池電量低或傳感器故障時，自動發(fā)送報警信息給智能溫度監(jiān)測儀。

圖1 系統(tǒng)構架圖Fig.1 System architecture diagram

2）無線溫度傳感器主要技術指標

① 采用進口溫度探頭，測量精度高，抗干擾能力強。測溫的精度±1℃以內，溫度分辨率為0.1℃，測溫范圍-40℃～+125℃。

② 低功耗設計，采用耐高溫鋰電池供電。工作時間1～6年（與用戶設置的時間間隔和工作環(huán)境有關）。

③ 每個無線溫度傳感器具備唯一的地址號，防止互相干擾。

④ 使用電壓環(huán)境10kW及以下。

3.2.2 智能溫度監(jiān)測儀系統(tǒng)

1）智能溫度監(jiān)測儀

智能溫度監(jiān)測儀采用防爆設計，可以實時顯示溫度數(shù)據(jù)；現(xiàn)場設定相關參數(shù)，具有報警和預報警功能，并可利用總線技術，組網完成集中顯示、設定、數(shù)據(jù)記錄等功能。因此，可實現(xiàn)無人值班情況下的實時監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)溫度過高馬上報警，及時處理，防患于未然，保證電機安全運行。

2）智能溫度監(jiān)測儀主要技術指標

① 監(jiān)測各測溫點的溫度值并在LCD液晶屏上顯示。

② 溫度傳感器數(shù)量用戶可自由設置，最多可以設置24個溫度傳感器。

③ 顯示各個傳感器的狀態(tài)：探頭溫度、電池電量、信號強度。

④ 報警輸出：兩個（無源接點）觸點容量：3A/250VAC。

圖2 無線溫度傳感器Fig.2 Wireless temperature sensor

圖3 智能溫度監(jiān)測儀Fig.3 Intelligent temperature monitor

⑤ 監(jiān)測溫度超過預警值，在屏幕上顯示該通道預警，并觸發(fā)無源預警輸出。

⑥ 具有RS485通訊接口，MODBUS協(xié)議，波特率可選。

⑦ 工作溫度：-20℃～+70℃。

3.2.3 監(jiān)控服務器系統(tǒng)

1）監(jiān)控服務器

監(jiān)控服務器是本系統(tǒng)的核心硬件平臺，由數(shù)據(jù)服務器和Web服務器組成。數(shù)據(jù)服務器負責數(shù)據(jù)采集、存儲、處理等業(yè)務；Web服務器為客戶端提供Web服務。服務器硬件采用機架式服務器，具有運行穩(wěn)定、功能強大、接口豐富的特點，為設備的擴展預留了充分的空間。

2）監(jiān)控服務器最低配置要求

① 處理器：至強，四核，主頻3.5GHz。

② 內存 ：16G。

③ 硬盤：2T×2企業(yè)級，RAID1模式。

④ 網卡：雙口1Gb自適應網卡，獨立千兆管理口。

⑤ 接口：4個USB、VGA。

3.2.4 客戶端系統(tǒng)

客戶端計算機是用戶操作的終端設備，為了提高產品的集成度，選擇一體機。品牌計算機最低配置要求如下：

① CPU：Intel/AMD雙核，1.6GHz以上。

② 內存 ：8G DDR4。

③ 硬盤 ：512G。

④ 網卡：Intel或者RealTek的100Mbps以上的網卡。

⑤ 接口：2個USB，1個RJ45。

⑥ 顯示屏：24寸，分辨率1920×1080。

3.2.5 監(jiān)控軟件架構要求

監(jiān)控軟件運行于監(jiān)控服務器上，軟件集成了數(shù)據(jù)配置、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)監(jiān)控及后臺管理、Web服務等功能。監(jiān)控軟件采用Browser/Server（瀏覽器/服務器）結構，在這種結構下，用戶界面完全通過WWW瀏覽器實現(xiàn)?？蛻舳嘶旧蠜]有專門的應用程序，應用程序基本上都在服務器端。由于客戶端沒有程序，應用程序的升級和維護都可以在服務器端完成，升級維護方便。

1）監(jiān)控軟件的功能劃分

數(shù)據(jù)服務器：對智能溫度監(jiān)測儀進行數(shù)據(jù)采集并記錄，同時進行數(shù)據(jù)分析和處理，還能實時輸出各種報表，如測溫點越限告警表、實時數(shù)據(jù)曲線報表、歷史數(shù)據(jù)趨勢報表等，令用戶不僅能提前判斷測溫點溫度變化趨勢，還能及時反映測溫點數(shù)值超標狀態(tài)。一旦溫度出現(xiàn)異常情況（溫度過高、溫度上升過快），立刻發(fā)出報警信號，以便管理人員及時采取措施，避免事故發(fā)生。

Web服務器：Web服務器的基本功能是提供Web信息瀏覽服務。

2）監(jiān)控軟件的運行環(huán)境要求

① 服務器軟件。

② 操作系統(tǒng)：Windows Server 2012。

③ 數(shù)據(jù)庫：MySQL。

3）客戶端計算機軟件要求

① 操作系統(tǒng)：Windows XP SP3/Windows7/ Windows8/Windows10（32位/64位）。

② 瀏覽器：IE10及以上或采用IE核的其它瀏覽器。

4）監(jiān)控軟件功能要求

① 用戶管理：具有用戶增加、修改、刪除、停用/啟用、登錄等功能。

② 權限管理：不同的用戶具有不同的權限，管理員可設置用戶的權限。

③ 角色管理：具有修改、停用/啟用等功能。

④ 平臺維護：具有數(shù)據(jù)庫備份、系統(tǒng)配置等功能。

⑤ 廠區(qū)管理：具有權限區(qū)分功能，不同級別的用戶可管理的廠區(qū)不同，支持新增、修改、刪除等功能。

⑥ 設備管理：具有新增、修改、刪除、查詢等功能。

⑦ 遠程設置：可以遠程設置設備的相關參數(shù)。

⑧ 實時顯示數(shù)據(jù)：以圖形、列表等形式詳細展示實時數(shù)據(jù)。

⑨ 歷史數(shù)據(jù)查詢：對設備的歷史數(shù)據(jù)進行查詢。

⑩ 統(tǒng)計圖表：對設備采集到的數(shù)據(jù)以月度、年度等統(tǒng)計匯總，分析數(shù)據(jù)。

? 報表導出：將歸類查詢的數(shù)據(jù)導出，支持excel和pdf格式。

? 報警監(jiān)控：將報警信息及時推送給用戶。

4 無線測溫系統(tǒng)的應用

無線測溫系統(tǒng)采用分體式設計，由智能溫度監(jiān)測儀與無線溫度傳感器（含溫度探頭）組成，溫度傳感器安裝靈活方便，可適應多種電機的安裝。通過防爆認證，適用于防爆要求場合。其具有使用無線網絡與有線網絡相結合的方式，解決數(shù)據(jù)的遠距離傳輸和大規(guī)模組網問題。系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集基于無線網絡技術，用于高壓帶電體溫度的實時監(jiān)測，實現(xiàn)了高壓帶電體溫度的非接觸式測量。無線溫度傳感器能夠精確測量待測點的溫度，并通過無線通訊的方式發(fā)送給智能溫度監(jiān)測儀，智能溫度監(jiān)測儀對接收到的數(shù)據(jù)進行處理，當監(jiān)測點溫度超過所設定的溫度值，發(fā)出報警信號。智能溫度監(jiān)測儀具有RS485通訊接口，可直接與監(jiān)控數(shù)據(jù)服務器實時通訊，實現(xiàn)網絡化的溫度監(jiān)測和預警。該系統(tǒng)采用“分布控制、集中管理”的架構，系統(tǒng)高效安全。智能溫度監(jiān)測儀實時監(jiān)測溫度數(shù)據(jù)，當溫度超限后及時發(fā)出預警信號，現(xiàn)場工作人員可第一時間響應處理。同時數(shù)據(jù)傳輸?shù)胶笈_監(jiān)控數(shù)據(jù)服務器，方便管理人員統(tǒng)一調度指揮。

5 結束語

無線測溫系統(tǒng)通過高壓側測溫元件與低壓側接收單元射頻通信，徹底實現(xiàn)電氣隔離，確保系統(tǒng)安全可靠。該系統(tǒng)在防爆型高、低壓電動機接線端的成功應用，提高了電動機預防性檢測的實時性、準確性；通過與電機電流、環(huán)境溫度、海拔、電機拖動負載類型等已有數(shù)據(jù)庫的融合，利用大數(shù)據(jù)優(yōu)勢，可實現(xiàn)防爆型電機接線端壽命趨勢的智能預判，為電動機科學預防性維修提供了強有力的數(shù)據(jù)支撐，有效解決了防爆型電機薄弱部位預知性維修的瓶頸問題；通過電磁、磁電技術和低功耗電子元件的開發(fā)，實現(xiàn)無線測溫傳感器的自供電和與電機接線柱一體化制造，既可解決測溫單元“續(xù)航”能力不足的問題，又可節(jié)省電機接線盒空間。隨著“四新技術”的創(chuàng)新應用，將為石化企業(yè)智能化建設持續(xù)提供不斷的發(fā)展動能。