化工机械设备状态的诊断与分析

刘 军

（黑化集团公司焦化厂 黑龙江 富拉尔基 161041）

1 化工机械设备概述

在现代化工行业中，化工机械（chemical machinery）是化学工业生产中所用的机器和设备的总称。化工生产中为了将原料加工成一定规格的成品，往往需要经过原料预处理、化学反应以及反应产物的分离和提炼等一系列化工过程，实现这些过程所用的机械，常常都被划归为化工机械。现代的工业生产，其过程日趋向大型化和集成化的方向发展。一台正在运行着的化工设备，其整体实际上是一个极为复杂的大的系统。而当这个系统中的某个环节突然发生故障，如果不及时的进行处理，那么就会有可能引起整个运行系统的故障，并不断扩大，进而导致整个运行系统的重大事故的发生。化工机械设备状态的诊断与分析已成为整个化工生产过程中极为关键的一环。

1.1 化工机械分类

化工机械通常可分为两大类：①化工机器。指主要作用部件为运动的机械，如各种过滤机，破碎机，离心分离机、旋转窑、搅拌机、旋转干燥机以及流体输送机械等。②化工设备。指主要作用部件是静止的或者只有很少运动的机械，如各种容器（槽、罐、釜等）、普通窑、塔器、反应器、换热器、普通干燥器、蒸发器，反应炉、电解槽、结晶设备、传质设备、吸附设备、流态化设备、普通分离设备以及离子设备等。化工机械的划分是不严格的，一些流体输送机械（如泵、风机和压缩机等）在化工部门常被称作化工机械，但同时它们又是各种工业生产中的通用机械。近代化工机械的设计和制造，除了依赖于机械工程和材料工程的发展外，还与化学工艺和化学工程的发展紧密相关。化工机械主要研究机械的耐腐蚀等，还有电化学等范围。

1.2 化工机械的性能

化工产品的质量、产量和成本，在很大程度上取决于化工机械的完善程度，而化工机械本身的特点必须能适应化工过程中经常会遇到的高温、高压、高真空、超低压、易燃、易爆以及强腐蚀性等特殊条件。近代化学工业要求化工机械：①具有连续运转的安全可靠性。②在一定操作条件下（如温度、压力等）具有足够的机械强度。③具有优良的耐腐蚀性能。④密封性好。⑤高效率和低能耗。

1.3 化工机械的特点

化工机械是化学工厂中必不可少的生产装备，化工机械有别于其他机械的显著特点是：（1）涉及的能量形式多种多样，相互间转换过程也很复杂，最常见的能量形式有热能、机械能、化学能、电磁能等；（2）工质性质多变，如其组成、组分及其相态的多变等；（3）运行工况域十分宽阔，操作参数特殊，如高低压、高低转速、高低温、高低粘度等；（4）具有优良的适应不同化学性质要求的特点。从而构成了化工机械装备特殊结构的千变万化。大体上可以分为化工设备和化工机器两类。化工设备包括各种容器如热置换器、塔器、反应器等。其主要作用部件一般是静止的。或者只有很少运动的。化工机器包括离心机、过滤机、破碎机、旋转窑和旋转干燥机等。其主要作用部件是经常运动的，如各专用泵、压缩机、运输机等。都具有化工机器的特点。

2 化工机械设备状态诊断与分析的作用

状态诊断就是利用现有的已知信息去认识那些含有不可知信息的系统的主要特性、状态，并分析它的发展趋势，在深入分析的基础上，对化工机械设备状态进行诊断，并对可能发生的故障做早期的预报，然后对未来的发展进行预测。对要采取的行动进行决策。化工机械设备状态诊断与分析的主要作用具体可分为以下几点：

2.1 从设备运行特征的信号中，快速提取对状态诊断有用的运行信息，从而确定检测设备的各项功能是否运行正常。

2.2 根据运行设备的独有特征信号，进行故障内容的确定，并确定故障部位、形成程度和未来的发展趋势，进行深入的状态分析后作出决策。

2.3 对运行设备可能发生的机械故障，能够做出早期的预报，从而保障化工设备的安全和可靠的运行，进而使化工设备发挥最大的效益。

2.4 通过化工机械设备状态诊断与分析，能够评定化工设备的动态性能和前期的设备维修质量。

2.5 对化工机械设备先前发生的设备故障进行及时、准确地状态检测，然后确定发生的原因，在分析基础上，快速决定进一步维修的措施。

3 化工机械设备状态诊断与分析的中运用的主要技术

化工机械设备状态的诊断是通过对运行设备的运行状态进行检测，并对出现异常设备的故障进行快速分析诊断，从而给设备维修提供支持，提高企业经济效益。具体为以下几种：

3.1 电子及计算技术。能够保障化工机械设备状态的安全可靠运行，使化工机械设备发挥最大的效益。利用一些专用的仪器设备对新的信号进行拾取和分析，并根据不同设备的独有特征的信号确定化工机械设备的故障内容，进行分析后，确定化工机械设备状态的分析结论，并进一步得出化工机械设备的处理方法，根据设备故障的部位，状态程度和未来发展趋势，作出决策。

3.2 油分析技术。机械零件失效的主要形式和原因有三种，即腐蚀、疲劳和磨损。而磨损失效约占机械零件失效故障的50%左右，所以，油分析技术在化工机械设备状态监测和诊断中越来越显示重要。

3.3 温测技术。温度与机器运行状态有密切的关系。以温度为指标的测试技术，非常适合进行在线测量。运用中，红外测温技术能够进行非接触式和远距离测试，所以现在运用越来越普遍，检测时可以直接读出测点温度的数值，所以，对设备利用温度进行诊断，可以起到快速见效的效果。

3.4 声、振测试及其分析技术。对发生故障的设备，要能够及时和准确地确定发生的原因，机器设备运行状态的好坏与机器的振动有着很重要的联系，目前，声、振测试是评定维修质量和设备的动态性能，最好的技术，也是状态诊断和状态监测技术中，应用最普遍的技术，并且，目前已取得了不错的应用效果。

3.5 无损检测技术。无损监测技术是独立的一种技术，如超声，磁粉、着色渗透的表面裂纹的探伤，以及探伤等技术。人们已越来越重视这些技术，用其对大型固定或运动装置进行监测和诊断。

4 化工机械设备状态诊断与分析的方法

4.1 化工机械设备状态诊断的简易方法。简易诊断方法采用了便携式测振仪拾取信号，并直接由信号的参数或统计量组成指标，根据分析来判定设备是否正常。所以，简易诊断用在设备状态检测中，可作为再次诊断的基础。其方法简单易行、投资少，见效快，受到广泛的欢迎和重视。

4.2 齿轮故障诊断方法。虽然现代机械设备多种多样，但齿轮传动有着结构紧凑、使用效率高、使用的寿命长的优点。并且其工作具有可靠、维修方便的特点，所以在运动、动力传递、速度变更等方面得到了广泛的应用。但由于它特有的运行方式，也造成了两个突出的问题:一是噪声和振动的传递方式大，二是当材质、制造工艺、装配、热处理等各个环节没达到理想的运行状态时，就会成为重要的诱发机器故障的因素，因此，齿轮运行状态的诊断很复杂。

4.3 功率谱有三种频结构，分别对应原因如下：（1）山状谱，主要是结构共振的频率，如齿轮轴横向的振动产生的固有频率。（2）线状谱，主要是齿轮的啮合频率及运动产生的谐波的频率。（3）随机谱，主要是随机振动产生的振动信号。

运行正常的齿轮功率谱可能同时有以上三种频率结构，幅值都相对小，但是随着齿轮发生故障，它的线状谱的幅值部分会上升。功率谱分析在齿轮故障的诊断中发挥了越来越大的作用，成为故障诊断和振动监测的信号处理技术中应用最广的技术，对点蚀、大面积磨损等均匀故障有明显分析效果。

[1]盛兆顺，尹琦岭，设备状态监测与故障诊断技术及应用[M].化学工业出版社，2003.

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