港口大型设备安全在线监测技术研究

◎ 李静 交通运输部水运科学研究院



港口大型设备安全在线监测技术研究

◎ 李静 交通运输部水运科学研究院

港口大型设备是港口作业的关键环节，其故障停机或发生事故都会给港口装卸生产造成经济损失，甚至造成人员伤亡。传统检测方法无法实时监测设备的安全状态，而港口装卸事故通常具有不确定性和不可预见性，因此，为了确保设备安全可靠运行，实现港口大型设备实时监测必定成为一种趋势。

港口 大型设备 监测技术

1.引言

近年来，港口大型设备事故时有发生，靠传统检测很难及时、全面发现故障发生的预兆及发展趋势。而起重机械事故通常具有不确定性和不可预见性，其造成的结果却是极其严重的。目前，我国大部分港口普遍缺乏一套行之有效地实时监测和评估港口大型设备的技术和方法。若不能及时、准确地获取港口大型设备真实的状态信息，则会给设备运行留下安全隐患。随着经济的飞速发展、货运量的大幅增加，确保港口机械设备的技术性能状态经常处于良好状态，实现实时监测，避免突发性故障的发生是亟待解决的问题。

2.港口大型设备检测存在的问题

通过调研分析，当前港口大型设备在安全管理上主要有以下几个问题。

（1）部分港口缺乏先进的检测手段、方法及设备，对港口大型设备的维护主要以日常检测为主，不能实时、准确地反映设备的实际状况。

（2）各港口的检测人员检测技术水平不一，对关键的失效模式并不能进行准确地判别，检测和诊断则缺乏较强的针对性。

（3）港口现场作业繁忙、环境恶劣，不停机检测和检测数据的传输存在很大的困难。且设备运行状况相关数据大量流失，对设备的健康状况诊断数据匮乏。

（4）港口大型设备缺乏有效的在线实时监测设备、系统及安全评估系统。

以上问题已成为港口大型设备安全、可靠运行的潜在隐患。因此，迫切需要一种能及时发现危险源的实时监测技术来解决这些难题，及早发现缺陷并判断缺陷是否具有危险性，以使能及时维修处理，避免起重机事故的产生。

3.港口大型设备安全监测技术研究

目前，针对港口大型设备检测的常规办法主要有目测、射线检测、磁粉探伤检测和超声波检测等方法。以上检测方法具有很大的局限性。首先，结构表面去漆，不仅耗时长，且对于不规则的构件表面检测比较困难，对人的操作技术水平要求较高，但效率较低。第二，射线检测对人的身体有害，检测时必须有很严格的保护措施。第三，起重设备检测属于高空作业，存在一定的难度，且检测的范围有一定的局限。第四，目测等方法很容易引入主观误差。基于以上原因，一般性检测手段对于港口重大设备的缺陷诊断，误判、漏判很难避免，且不能实时准确反映在役设备的真实状况，对于设备运行将留下安全隐患。

随着科技和工业的发展，国外较早地开展了起重设备的在线监测与诊断研究，将成果应用到实际，并取得显著的经济效益。近年来，国内对于港口起重设备在线监测技术的研究也向多方面进行了拓展。

3.1港口大型设备安全监测技术

3.1.1基于电阻应变技术的无线应力在线监测系统

电阻应变技术是通过电阻丝应变与电阻变化的对应关系来获得被测件在贴有应变计处的结构应变值，从而实现对结构的检测。该方法技术成熟，成本较低，不会对待测构件造成损伤。当前国内学者开展了无线应力在线监测系统的研究。无线应力在线监测系统是借助遥测技术获取结构受力部位的应力信息，并实时传输到监测设备，以达到实时了解起重机结构受力状态的一种起重机实时监测系统。此技术中应力的采集多采用电阻应变技术。电阻应变片其耐蚀性、耐湿性、耐久性差，环境适应性差，难以实现在线监测系统对起重机长期监测的目的。此外，该在线监测系统在干扰因素过多，传输距离较大的情况下，无法保证数据能够安全无误传输。

3.1.2声发射技术

声发射技术，它是以瞬态应力波的形式迅速释放其内部积累的应变能的过程，可准确捕捉活动裂纹的位置。声发射技术用仪器探测、记录、分析声发射信号，并利用声发射信号对声发射源的状态做出正确判断。声发射技术具有动态、实时、整体和连续等特点，对结构的形状、尺寸不敏感，可以对大型结构进行大面积的检测。它能够在线检测、监测活性缺陷。对于受力情况复杂的起重机金属结构，它比超声波、磁粉检测效果更好、更真实，同时也可以减少检验中不必要的停机。声发射技术可以弥补常规无损检测方法的不足，实现结构状态的整体监测，为有效地安全监测提供准确的依据。

声发射技术不能提供被测件的静态缺陷。在实际中，由于大型起重机械工作环境比较恶劣，噪声非常大，而声发射信号却非常微弱，声发射信号则很容易被噪声湮没，实际测得的声发射信号将含有较多电气、机械噪声，在实际的工程应用中声发射监测效果并不太理想。

3.1.3光纤光栅传感技术

光纤传感技术是一种以光波为载体，光纤为媒质，感知和测量被测量信号的新型传感技术。光纤光栅传感技术的优点是抗干扰性强，不受电磁、噪声影响；灵敏度、可靠性高；能串接复用，可实现分布式监测；耐久性好，动态响应快，信息传输远，信号长距离传输不需要专门的调节，可满足长期健康监测的要求。但传感器、检测仪等设备成本相对较高，且光纤传感器对温度同样敏感，在实际应用中需要采取相应的温度补偿措施。光纤光栅传感技术目前多用于桥梁结构安全监测。

3.1.4数字图形图像处理技术

数字图形图像处理技术是通过将采集到的图像信息转化为数字信息，并利用计算机进行除噪、增强、复原、分割、提取等处理的方法与技术。基于数字图像处理技术的监测方法是一种新型的非接触式监测方法。基于数字图形图像处理技术的监测系统与光纤传感技术等监测技术相比，成本较低。它是一种实时的、高精度的、远距离的、能进行结构静动态位移监测的监测方法。该方法不伤及被测物，不干扰被测物自然状态，且可瞬时获取被测物体大量物理信息和几何信息。基于数字图像处理技术的监测方法对于拍摄环境要求较高。基于数字图像处理技术的监测方法现多用于桥梁、坡道等相对简单的结构。起重设备工作环境复杂，利用照相机技术在无线网络传输速度低的情况下不易满足起重设备监测的需求。利用数字摄影测量技术进行自动实时监测将是今后钢结构安全监测的发展趋势。

3.2港口大型设备监测管理

对监测得到的数据进行详细的分析，若分析得到异常数据，应对用户及时发出警告并寻找产生异常的原因，通过检修维护，排除异常，以达到消除事故隐患的目的，实现安全监控与起重机正常作业同时进行。使用监测系统还可以积累大量史数据，当起重机出现故障，可以为维修人员查找故障提供依据，在故障发生之前做出预报，减少事故发生的概率和损失，提高起重机的安全性和可靠性。

4.结束语

本文充分比较了各种港口大型设备安全监测技术的应用特点及技术特性，为港口企业和相关科研单位提供参考。开展港口大型设备安全监测技术研究，开发起重设备安全在线监测系统，对于港口相关部门及时掌握港口在役设备的运行状况，防止起重事故的发生具有重要的意义。

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