淺析狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的應(yīng)用

姜永亮 劉延軍 陳立峰 甄玉凱

（1、黑龍江省大慶石化公司塑料廠全密度一車間，黑龍江 大慶 163714 2、黑龍江省大慶石化公司腈綸廠聚合車間，黑龍江 大慶 163714 3、黑龍江省大慶石化公司腈綸廠毛條一車間，黑龍江 大慶 163714)

1 前言

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)體現(xiàn)的是主動(dòng)維修的思想,我們?cè)趯?shí)際的應(yīng)用中一定要所創(chuàng)新、有所突破，不在乎形式,而重在效果，真正發(fā)揮設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的作用。

在日趨大型化現(xiàn)代化的石油化工生產(chǎn)裝置中，一旦某臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，就有可能引起整個(gè)裝置癱瘓，從而造成重大經(jīng)濟(jì)損失。因此針對(duì)設(shè)備狀態(tài)，注重隨時(shí)監(jiān)視設(shè)備運(yùn)行狀況，從而正確地分析和診斷，能夠有效的預(yù)防和消除故障及事故的發(fā)生。

2 設(shè)備診斷技術(shù)

設(shè)備診斷技術(shù)主要是利用科學(xué)的檢測(cè)手段，檢測(cè)設(shè)備的現(xiàn)實(shí)狀況和參數(shù)，通過對(duì)參數(shù)進(jìn)行分析，從而判定產(chǎn)生故障的部位和原因，甚至預(yù)測(cè)設(shè)備的未來性能。

2.1 基本原理

設(shè)備診斷技術(shù)是利用被診斷的對(duì)象提供的一切有用的信息，經(jīng)過分析處理以獲得最能識(shí)別設(shè)備狀態(tài)的特征參數(shù)，以便作出正確的診斷結(jié)論。機(jī)器設(shè)備運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生多種信息，當(dāng)其功能逐漸劣化時(shí)，就出現(xiàn)相應(yīng)的異常信息，如機(jī)器的狀態(tài)變化而產(chǎn)生的異常振動(dòng)、噪聲、溫度等機(jī)械信號(hào);機(jī)器劣化過程產(chǎn)生的磨損微粒、油液及氣體成分變化的化學(xué)信號(hào)等。利用檢測(cè)儀器對(duì)最敏感的故障特征信號(hào)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)，作出正確的分析和診斷，可以及時(shí)預(yù)測(cè)機(jī)器設(shè)備可能發(fā)生的故障。

2.2 設(shè)備診斷技術(shù)的分類

2.2.1 簡(jiǎn)易診斷技術(shù)

簡(jiǎn)易診斷技術(shù)主要是指測(cè)定設(shè)備的某個(gè)較為單一的特征參數(shù)以判斷其狀態(tài)是否正常。簡(jiǎn)易診斷技術(shù)對(duì)對(duì)人員技術(shù)素質(zhì)要求不高，通常簡(jiǎn)單培訓(xùn)即可操作和運(yùn)用，在實(shí)際生產(chǎn)中，通常和設(shè)備的日常檢查和定期檢查結(jié)合進(jìn)行。一般應(yīng)用便攜式簡(jiǎn)易測(cè)溫儀和測(cè)振儀進(jìn)行檢測(cè)。由于簡(jiǎn)易診斷技術(shù)儀器簡(jiǎn)單，易操作，所以應(yīng)大力推廣。

2.2.2 精密診斷技術(shù)

定期檢測(cè)或設(shè)備出現(xiàn)異常情況時(shí)，通常要準(zhǔn)確地判定具體原因，就需要借助精密診斷，通常精密檢測(cè)，通?？梢詫?duì)設(shè)備故障產(chǎn)生的原因、部位以及嚴(yán)重程度進(jìn)行分析做出判斷。如對(duì)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)診斷，目的是要了解故障產(chǎn)生的部位及嚴(yán)重程度，指出故障產(chǎn)生的原因，預(yù)測(cè)其發(fā)展，以作為狀態(tài)監(jiān)測(cè)維修的依據(jù)。這種診斷方法由于精密診斷技術(shù)要求高，操作人員需要有專門的知識(shí)或培訓(xùn)，故要有計(jì)劃地逐步開展。同時(shí)診斷時(shí)需要處理大量數(shù)據(jù)，通常要利用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行準(zhǔn)確的計(jì)算。

3 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)及監(jiān)測(cè)手段

3.1 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)是對(duì)運(yùn)行中的設(shè)備其狀態(tài)的變化進(jìn)行的定期檢測(cè)，以隨時(shí)監(jiān)視設(shè)備的運(yùn)行狀況，合理安排維修計(jì)劃，防止發(fā)生突發(fā)故障，掌握劣化規(guī)律，確保設(shè)備的正常運(yùn)行。

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)所獲得的數(shù)據(jù)、資料是設(shè)備技術(shù)診斷的依據(jù)，其數(shù)據(jù)的精確度對(duì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)是診斷有著決定性的作用。

3.2 狀態(tài)監(jiān)測(cè)的類型和技術(shù)

按狀態(tài)監(jiān)測(cè)時(shí)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)通?？梢苑殖蓛纱箢?一是監(jiān)測(cè)時(shí)無需設(shè)備停止運(yùn)轉(zhuǎn)，通常稱為在線監(jiān)測(cè)；另一種需要設(shè)備停機(jī)。按第一種方式監(jiān)測(cè)時(shí)，設(shè)備的產(chǎn)量可以不受損失，而按第二類方式監(jiān)測(cè)時(shí)，就需要利用某些設(shè)備在生產(chǎn)使用中定期停機(jī)或切換時(shí)進(jìn)行；而按監(jiān)測(cè)所用手段來分，狀態(tài)監(jiān)測(cè)可分為動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)和靜態(tài)監(jiān)測(cè)兩類。動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè)包括溫度監(jiān)測(cè)、頻閃觀察、應(yīng)力應(yīng)變分析、聲發(fā)射技術(shù)、腐蝕監(jiān)測(cè)、振動(dòng)監(jiān)測(cè)、油樣分析等。靜態(tài)的監(jiān)測(cè)包括目視檢查裂紋探測(cè)、厚度測(cè)量、X射線法和激光測(cè)量法等。

本方簡(jiǎn)要介紹一下溫度監(jiān)測(cè)和振動(dòng)監(jiān)測(cè)。

3.3 溫度監(jiān)測(cè)

機(jī)器設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)后，整體或局部的溫度都將升至一定值，通常摩擦部位溫度的異常變化是故障的明顯標(biāo)志，異常的高溫往往表示故障已很嚴(yán)重。如軸承溫度若超過標(biāo)準(zhǔn)值10℃，壽命將縮短50%。而很多設(shè)備對(duì)溫度的要求會(huì)更高，如某工廠的聚合反應(yīng)釜的溫度嚴(yán)格控制在60±0.5℃，零點(diǎn)幾度的偏差將會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品質(zhì)量不合格。

3.3.1 溫度監(jiān)測(cè)裝置

（1）接觸式傳感器：熱電偶溫度計(jì)、水銀或酒精溫度計(jì)、電阻溫度計(jì)等都有一個(gè)接觸式傳感器。由于傳感器本身對(duì)被測(cè)表面的溫度會(huì)有干擾，所以感溫元件應(yīng)盡量小，如果條件允許，最好同被測(cè)表面連接為同一整體，以確保感溫元件與被測(cè)表面之間的良好接觸。

（2）非接觸式傳感器：主要是利用輻射能量來推算被測(cè)物體的溫度，常用的有以下幾種：一種舊光學(xué)高溫計(jì)：當(dāng)溫度升至500℃左右輻射即進(jìn)入可見光的頻率范圍。將灼熱物體或氣體的顏色與一加熱燈絲作對(duì)比，就能測(cè)出溫度值，其誤差<2%。另一種是輻射高溫計(jì)：利用熱電元件或硫化鉛元件測(cè)量發(fā)熱表面的輻射能，精度2%，溫度范圍為20-3800℃。

（3）其它的測(cè)量設(shè)備：如測(cè)溫漆、測(cè)溫片和測(cè)溫筆。當(dāng)被測(cè)物的測(cè)溫精度要求不高時(shí)，可以使用測(cè)溫漆、測(cè)溫筆或測(cè)溫片，通過它們顏色的改變及時(shí)間來判斷溫度的高低。

3.3.2 溫度監(jiān)測(cè)的作用

溫度監(jiān)測(cè)通?？梢杂脕砼袛嘁韵鹿收?

軸承損壞。由于軸承中的滾動(dòng)元件損壞、接觸面擦傷等原因，導(dǎo)致發(fā)熱量增加。發(fā)熱的量增加將使軸承座的表面溫度升高，這種溫度的升高可用熱電偶等測(cè)溫傳感器測(cè)出。

冷卻系統(tǒng)故障。潤(rùn)滑或冷卻系統(tǒng)的故障會(huì)使熱量的散發(fā)途徑受阻，從而導(dǎo)致機(jī)件的表面溫度升高。如管路、閥門或?yàn)V清器堵塞，熱交換器損壞等原因。

有害物質(zhì)積聚。長(zhǎng)期運(yùn)行后，煙道結(jié)焦或管內(nèi)生成水垢，鍋爐生成腐蝕性副產(chǎn)物等。由于這種有害物質(zhì)的積聚，形成隔熱層，會(huì)使表面溫度的分布發(fā)生變化，故可用溫度檢測(cè)裝置測(cè)出。

3.4 振動(dòng)監(jiān)測(cè)

正常情況下，機(jī)械振動(dòng)的位移、速度、加速度、頻率和相位等振動(dòng)參數(shù)基本是穩(wěn)定的，當(dāng)振動(dòng)強(qiáng)度達(dá)到或超過某一限度時(shí)，即表明機(jī)械部分出了故障，不同的機(jī)械故障經(jīng)起的振動(dòng)現(xiàn)象各有特征。運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)可以從測(cè)量結(jié)果提取有用信息，迅速找出故障的根源。

在機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)中，振動(dòng)監(jiān)測(cè)及診斷技術(shù)是普遍采用的基本方法。在工業(yè)領(lǐng)域中，機(jī)械振動(dòng)是普遍存在并作為衡量設(shè)備狀態(tài)的重要指標(biāo)之一。當(dāng)機(jī)械內(nèi)部發(fā)生異常時(shí)，隨之會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)加大。在機(jī)器、零部件及基礎(chǔ)等表面能感覺到或能測(cè)量到的振動(dòng)，往往是某一振動(dòng)源在固體中的傳播，而振動(dòng)源的存在，又大都對(duì)應(yīng)著設(shè)備的設(shè)計(jì)、材料或使用缺陷。例如零件原始制造誤差，運(yùn)動(dòng)副之間的間隙，零件間的滾動(dòng)及相互摩擦，或者回轉(zhuǎn)機(jī)件中產(chǎn)生的不平衡或沖擊等等，都是設(shè)備的可能振源。

由于振動(dòng)診斷的理論和測(cè)量方法都比較成熟，診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠，便于實(shí)施等，受到人們的普遍關(guān)注，在故障診斷體系中居主導(dǎo)地位，目前已廣泛地應(yīng)用于各種設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)及故障診斷中。

結(jié)束語(yǔ)

隨著石油化工設(shè)備的大型化、集中化、高速化、連續(xù)化和自動(dòng)化，突發(fā)的故障停機(jī)造成的損失越來越大。由于大多數(shù)設(shè)備、備件的故障間隔離散性較大，定期維修不可避免地會(huì)造成較高的維修成本和較多的設(shè)備機(jī)器失效，因此做到預(yù)知維修非常重要，主動(dòng)地發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，把事故消滅在萌芽狀態(tài)，能有效降低維修成本，降低事故停機(jī)率，因而具有很高的投資收益比。

[1]徐成倡，劉伯英.工廠設(shè)備管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1984.532.

[2]汪必忠.生產(chǎn)設(shè)備管理[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1991.129.

[3]嚴(yán)璋，朱德恒.電氣設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)[M].中國(guó)電力出版社，2009.