无线HART技术用于设备运营管理

艾默生过程管理

无线HART技术用于设备运营管理

艾默生过程管理

文中介绍了应用智能无线HART技术监测重要设备性能参数，提高工厂设备运营管理重要性。

截止到目前，在运行多年的工厂中，其仪表是按照能够完成最基本的过程控制数量来配置的。如果要提高过程设备的利用率、提升能源效率、减少维护成本、减轻安全和环境事故发生则需要增加额外的测量仪表。

无线仪表的安装和使用的便捷性，为旧工厂改造，实现现代化工厂，提供了很好的解决方案。

在工厂中，昂贵的压缩机、大型机泵等关键资产已经配备保护监控系统。由于传统的机械保护和设备监测系统成本较高，其他设备应用监控系统的可能性明显降低。大多数没有在线监控的设备对于生产运行依然是重要设备，这些重要设备通常采用手动点检方式完成监控。最初设计时，此类设备通常有备用设备，但随着项目的改造和扩张，很多工厂将备用设备也投入到生产运行中，备用设备的意义也就不存在。

每月人工巡检收集的数据的频率不足以捕捉到设备问题的信息，工况的变化经常造成设备故障。意外的设备故障将导致生产停工并带来安全隐患，带有故障隐患的设备连续运行时，最终可能导致对设备更大的损坏。

对设备监控需要增加额外的测量仪表，由于前期工厂设计很少包含这些测点，如使用传统有线方法，增加测点就需要铺设电缆、增加槽板和重新分配分线盒。WirelessHart无线仪表大大降低了增加测量仪表的风险和投资成本，其无线多路径、网状拓扑结构等特点，省却了所有需要增加的电缆。

换热器监测

在炼油厂，工艺操作的主要挑战来自原油预热换热器单元，原油沥青质沉淀或脱盐设备性能差使其结垢，从而降低了换热器的管程和壳程的换热效率。当换热器结垢时，其下游火焰加热器必然增加热量需求，从而增加燃料成本。在换热器达到它的最大容量时，必须降低换热能力以满足过程温度的需求，这就降低了能源利用率。

频繁清洁换热器显然是不现实的，因为停车才可以进行清洁操作。如果换热器结垢严重，必须将其吊离厂区外进行清洁。因此，对换热器清洁时间进行优化操作是必须考虑的因素。

在现今的工厂中，操作人员一般不清楚每个换热器的结垢率。利用手工测量热流体的参数非常困难，并且对大量的换热器测量也需要耗用时间，这就造成了操作人员不能确认结垢的累积程度，缺少信息而不能做出相应的决策和计划，即在增加清洁换热器成本还是增加额外的燃料成本的决策上无法定夺。

接下来的问题是，当被加热的流体离开结垢换热器流动到下一个换热器时，其温度高于换热器设计值。这有可能造成对换热器的损害。当换热器严重结垢时，其堵塞会引起管线内流体不能正常流动。

维修人员如果需要了解换热器性能数据，则应每日及时收集分析结垢数据并制定维修计划。唯一可行的方法是自动监控每个换热器的结垢率，利用新的监测方案，即无线单点或多点温度变送器，监测每个换热器的冷热流体出口和入口的温度。

现场监测的数据通过智能无线网关，集成到资产监控软件和工厂信息数据库，和流量数据一起计算冷热端热负荷、平均热负荷、热负荷偏差，以得到换热系数，矫正的换热系数和结垢系数等，应用软件历史趋势功能，得到全部换热器的结垢系数的变化趋势。

进一步分析这些测量数据，也可以为操作员提供换热器需要清洗的提示和维护计划的基础数据，以便在需额外增加燃料费用和清洁成本之间做出维护计划选择。

当换热器温度接近其设计限制时，将产生温度高报警，同时根据冷热端压力下降数据也可以早期发现换热器堵塞问题。因此，采用无线监测方案可以实现对换热器管理，减少能量损失，防止产量下降，优化换热器清洗的维护周期，避免不必要的化学品清洁和维护成本。此外，可以避免和预防过热损坏及严重堵塞热交换器的情况出现，消除换热器脱焦的成本。

机泵健康状态监测

一个工厂可能有一百台以上的机泵设备，许多因素可能影响到泵的正常运行。有时，一台泵的故障可能导致一个装置或整个工厂停工。

泵入口过滤器堵塞造成入口压力下降，吸入压力下降可能引起气穴。气穴的产生也可能由于出口限流阀流量造成出口压力上升。这将导致整个叶轮内部循环流体变热并蒸发，最终引起气穴。有时，操作员可能无意中设置了低流量定值也会导致气穴。

气穴将引起叶轮损伤进而造成转子不平衡和振动。振动也将引起其它问题。比如振动可能引起机泵轴的不对中、轴承磨损、润滑不足、损坏或安装螺栓松动等。当振动引起轴承过度磨损时，最终导致泵损毁，随之带来的是维修时间长、修理费昂贵，装置停工。振动也会增加泵的密封压力，引起密封故障和泄漏。而密封泄漏可能导致生产中断、排放、清理故障，甚至发生火灾。

润滑不良可能导致轴温过高最终停机。同样，转子抱死、过载、环境温度过高、电压不平衡、高/低电压和通风阻塞等现象，都会导致电动机绕组温度过高，以致永久损伤绕组，缩短寿命，最后可能带来绝缘击穿和电机故障。对少数关键的泵，现场通常采用手动振动测试仪定时监测。然而，定期手动检查获取的数据频次太低，无法捕获即将发生的泵的故障信息。如果泵是间歇运行的，那么操作员在巡检周期内可能无法得到运行数据。

唯一可行的方法是自动监测泵和电机的运行状态，这种新的解决方案可以自动采集大量机泵设备的相关数据：

· 一台无线振动变送器可以带有2个传感器，采用PeakVue值（峰值加速度）监测振动时可以监测到大部分的异常情况。注意，如果是采用振动总量数据监测，那么发现问题就太晚了。

· 一台无线差压变送器监测过滤器差压。

· 对密封压力，无线压力变送器测量密封液压力以确定压力不足。对于不耐压密封，它通过检测密封液压力的升高，来判断内侧密封泄漏造成过程流体进入到辅助密封冲洗水罐中。

· 2台液位无线开关变送器，高液位开关通过监测密封液高液位判断内密封泄露，低液位开关通过监测密封液低液位判断内密封泄露。

· 烃检测传感器放置在机油盒底部或泵周围，离散输入无线变送器检测油气泄漏。

· 4台无线温度变送器监测轴承和电机绕组的温度。

并不是所有的泵都需要这些监视点。机泵的健康状态监测方案可以根据每个工厂情况定制。来自重要泵设备的全部测量数据通过无线网关送至软件获得数据趋势，通过软件进一步分析，为操作员提供决策所需的分析数据依据。

因此，无线机泵健康监测解决方案可以早期监测过滤器堵塞情况，在气穴发生前发现问题。注意，报警信息必须显示给操作员，而不仅是维修人员。密封泄漏在过程或冲洗液中可以早期监测。碳氢化合物的监测可以监测泄露，电机绕组过热可以监测线圈的损坏，而轴承温度升高则可以作为轴承损坏的判断依据。

疏水阀监测

疏水阀的使用寿命通常在4年，例行年检中，会有25%的疏水阀出现故障，需要更换或者修理（数据来自AIChE，美国化学工程研究，02，2011）。但是在一个工厂中，可能有上千台尺寸和蒸汽压力不同的疏水阀，由于疏水阀的故障每年会给工厂带来上百万美元的损失。

随着时间的推移，疏水阀也会被腐蚀，导致疏水阀故障——“泄漏”，这将导致管道中蒸汽流过疏水阀成为凝结水进入回收管线，造成能源浪费，增加能源成本，对高压蒸汽的损失尤为明显。同时，冷凝水可能阻塞排水到回流的管线，使得疏水阀“冻”，造成疏水阀碎裂，如果这种冷凝发生在涡轮电机、热交换器等设备处，盘管过热将导致涡轮机损坏或降低换热器效率。

现在可以通过无线技术产品，例如无线708声波变送器和1420无线网关等可以实现全天候24小时的疏水阀状态监测。无线声波变送器可以实时监测所有关键疏水阀，网关可以将疏水阀的监测数据上传到上位机。SteamLogic软件是708变送器的自带监测软件，可以显示设备堵塞、泄漏、正常工作三种状态以及详细信息，从而实现对疏水阀的实时监测，提高设备正常运行时间、延长疏水阀使用寿命、节约能源费用并降低维护成本。