机泵状态监测系统在设备维修中的应用

韩国良

（大庆炼化公司，黑龙江大庆 163000）

0 引言

目前大部分石油化工企业关键机泵缺少状态监测系统，判断故障的主要手段就是耳听、手摸、红外测温、壳体测振等，很难预测和分析机泵存在的潜在故障，只能被动的非计划性停车，对设备运行和连续性生产都十分不利，存在很大的安全隐患。一旦关键或危险介质机泵发生故障，如抱轴、密封部件泄漏等，在监护不到位的情况下，极容易导致爆炸、火灾等事故的发生，不但给生产企业带来巨大的经济损失，而且危及在岗人员的生命安全。长期以来，上述故障是影响安全生产的潜在的重大事故隐患，始终困扰着石油化工企业的设备安全生产，因此，对关键机泵设置状态监测诊断系统是十分必要的。

1 状态监测系统概述

1.1 体系结构

机泵状态监测系统基本架构为：机泵上加装无线振动以及温度传感器，采集机泵运行状态数据；无线网关对采集的数据进行处理、上传波形及特征值、下传测量定义、管理无线网络以及与其他系统的数据融合；无线网关通过光纤与企业数据库服务器进行数据传输，状态监测系统将无线网关的数据进行数据的状态处理，系统平台除常见的故障报警、图谱分析诊断功能外，还需具有故障状态预警、故障状态分析诊断、机泵能耗和效能分析功能。诊断专网内用户以Web 浏览模式，使用专业可视化工具调取、分析各类数据。机泵状态监测系统总体结构如图1 所示。

1.2 硬件配置

状态监测系统主要由3 部分组成，分别是采集数据的无线传感器、分配网络的无线网关、处理数据的服务器。

（1）无线传感器：是针对现场测点分散、布线复杂的设备专门开发的无线监测设备，可实现振动信号和温度信号的同时采集，振动信号包括速度、加速度和位移3 种，且数据采集为持续量，后续可做频谱波形分析使用。数据采集后，监测器是通过无线的方式将数据回传，避免了现场布线的繁琐工作，大大降低了企业对设备进行监测的难度。

（2）无线网关：是状态监测方案的重要组成部分，负责无线监测器与数据库服务器之间的数据传输与通信；接收无线监测器传来的振动与温度数据，并将数据传输给数据库服务器；同时，也能够从数据库服务器接受指令并下达给无线监测器。

图1 状态监测系统总体结构

（3）数据库服务器：实现对设备状态的自动存储、自动分析和自动报警，并对设备故障进行早期诊断与趋势预测，为实现基于设备状态的预知维修提供标准量化的基础数据。

1.3 软件配置

监测系统采用大数据平台及其相应的应用软件和组件，具备良好的开放性、扩展性、可靠性。基于Linux 运行环境，采用Spring Cloud 微服务、多机群分布式架构，内部处理使用Spark、Redis 等关键模组，利用Rabbitmq 消息发布组件进行数据传输，支持流计算功能和具备水平扩展能力；采用关系型数据（MySQL）和非关系型数据库（MongoDB），支持不同格式的数据存储和处理；支持运行TensorFlow 库、Mllib 机器学习库。可根据不同机泵及其运行特点，设定有效的故障报警门限值，具备泵群振动及温度的趋势、多数据独立浏览、声光报警等功能。功能包括：速度有效值（2 Hz～1 kHz）、加速度值、轴承温度、轴承状态，同时显示上述功能的趋势预警、阈值预警，实时显示，历史统计数据（自定义时间节点查询）；具备丰富的数据分析功能，可以提供趋势图、时域波形、频谱、包络解调、多波形、多频谱等多种分析谱图。

2 应用案例

2.1 热油泵轴承损伤故障诊断案例

某化工厂热油泵是装置的核心设备，设备一旦发生故障没有及时发现处理将影响到装置的平稳运行，其设备结构为电机+联轴器+离心泵，电机轴承型号NSK6314，泵轴承型号6312，工况转速2975 r/min，功率400 kW。2018 年9 月15 日设备启机运行，泵驱动端水平方向振动速度值3.1 mm/s，振动值并不超标，但是通过状态诊断系统分析：油泵驱动端速度频谱、加速度频谱及加速度包络频谱中都以153.75 Hz 及其倍频为主，与6312 轴承外圈故障频率接近，泵振动频谱如图2 所示，且加速度和加速度包络幅值较高。

图2 泵振动频谱

9 月26 日机泵检修更换轴承，振动数值下降到1.1 mm/s，轴承切开后可见外圈整个圆周存在剥落，多个滚动体表面可见剥落，内圈轻微剥落，其中外圈损伤尤其明显，与诊断结论一致。

2.2 热油泵叶轮堵塞故障诊断案例

2020 年4 月27 日，某在运热油泵非驱动端水平振动值持续升高，并且发生报警，振动趋势如图3 所示。设备人员通过状态系统提供的频谱分析和包络分析发现，振动频谱主要以转频为主，包络频谱中没有发现明显的轴承缺陷频率，现场对机泵的润滑油检查未发现有缺油现象，且轴承温度没有明显的升高，所以振动升高的主要原因可能是叶轮发生故障，排除轴承故障的可能，由于振动超标严重，设备立刻被解体检修。检查发现，叶轮被油块堵塞，清理后回装，设备振动恢复。

图3 热油泵非驱动端水平振动趋势

3 结束语

在使用机泵状态监测系统后，带来以下益处：

（1）大幅度减少机泵恶性事故的发生。

（2）能及时报警，提前采取措施，消除故障发生的条件，减少非计划停机，延长运转周期。

（3）为检维修提供科学依据，可以避免过度检测或者检测不足，同时使检修有的放矢，对症下药，降低检维修费用。

（4）保证机泵长周期、稳定运行，提高企业“潜在”利润，增强企业市场竞争力。