炼化动设备状态监测与故障诊断技术应用

齐婧

（大庆炼化公司，黑龙江 大庆 163411）

现阶段炼化企业炼化动设备实际运行期间更易受到复杂因素影响而出现故障问题，需要有序推动状态监测及故障诊断技术网络化、智能化、远程化及实时化发展，结合生产现场实际要求，选择适宜的状态监测技术，不断优化故障监测系统内部功能。

1 炼化动设备状态监测与故障诊断技术的应用重要性

在炼化企业生产过程中，炼化动设备是重要生产基础，占所有设备的30%。如炼化动设备故障问题频繁出现，企业不仅会面临较高的运维成本压力，生产时的质量及安全性也将难以得到根本性保障。现阶段炼化企业对炼化动设备状态监测及故障诊断工作的重视力度日渐提升，对炼化动设备进行前期诊断、控制设备故障问题发生几率已然成为行业发展重点。随炼化装置逐步趋向于大型化、集成化方向建设，炼化动设备种类复杂，国家及有关部门对炼化生产期间的安全性、环保性要求更高。常见炼化动设备主要包括压缩机、风机、高危泵等，这些设备长期处于高温、高压以及高腐蚀性运行环境，安全风险更高，需要配合使用先进的状态监测及故障诊断技术，对设备运行状态进行实时监测。对比分析不同阶段监测信号值，发现存在于设备运行环节的异常问题，并就此制定出运维管理手段，实现设备主动维护目标。

2 炼化动设备状态监测与故障诊断技术的应用现状

炼化企业炼化动设备状态监测及故障诊断技术的研究工作起始于20世纪50～60年代，主要研究重点放置在了大型关键机组的故障诊断中。随后几十年间，各发达国家也陆续加大了炼化动设备状态诊断技术的研究力度，开发出了轴承监测技术、振动监测技术及噪声监测技术等，使状态监测及故障诊断的精准度与全面性日渐提升。同时，为更好适应炼化企业生产自动化发展趋势，在炼化动设备状态监测与故障诊断中也使用了RCM理论以及检修决策方法，进一步奠定了状态监测与故障诊断技术在炼化动设备管理中的地位。我国状态监测及故障诊断技术的研发时间较短，但在积极吸收国外发达国家的技术及经验后，炼化动设备故障发生机理更为清晰，诊断方式种类增多，并形成了理论与实践融合的交叉学科，受到了广大炼化企业的高度关注。

就目前来看，炼化动设备的故障诊断工作主要采用故障数或故障固定规则，诊断工作较为固定，难以实现动态诊断目标。因此为从根本上提升炼化动设备综合诊断水平，还需要配合使用智能诊断技术，在模型内构建多个故障征兆，形成动态诊断策略。在执行设备诊断流程时，诊断系统可遵照上部执行结果对后续诊断要点进行动态调控，以从根本上提高诊断工作效率。如炼化动设备经过升级改造，智能级综合诊断系统仅通过更新测试型模型就可满足改造后的设备诊断要求。建立设备测试模型，明确信号与测试之间的对应关系。依照矩阵内容，理清维修时间、维修费用、维修人员具体要求。配合使用先进的遗传算法技术手段，对装备诊断方案进行切实优化，保障诊断工作高质高效开展。

3 炼化动设备状态监测技术

状态监测技术主要就是对设备正常运行期间的各项技术参数进行实时监测，在监测结果超出安全范围的情况下，可判定为设备出现故障或者即将出现故障。通过分析异常数值、导致异常问题出现的原因，精准找到设备异常部位，并制定出更为专项可行的故障维护技术手段。炼化动设备状态监测需要采用合理技术及设备识别设备运行状态，利用监测仪器等对设备及生产期间的关键部位开展实时监测，获取完善的信号及数据信息。如设备振动、温度、压力值等，在故障发生前通过采用预警及管控技术手段，从根本上降低故障问题发生几率。具体而言，炼化动设备状态监测技术主要包括以下几种。

3.1 振动监测技术

在炼化动设备中，振动监测技术是较为基础的状态监测内容，实际应用范围较广。炼化动设备的运行状态可借助振动情况真实反映出来。以炼化动设备中的离心泵为例，离心泵轴承磨损、转动零部件老化或松动、齿轮偏心及损坏等故障问题均会引发振动异常情况，借助振动监测设备能够及时监测出异常信号，预警迷新泵异常运行状态。振动监测设备可收集不同炼化动设备及炼化动部件振幅、振动频率等参数。在低频范围内的振动可测量实际位移值、中频范围内的振动可测量振动速度、高频范围内的振动可测量振动加速度。收集到的振动参数可用于绘制特征信息图谱，从而更为精准的判断出振动来源以及故障问题发生部位。特征信息图谱被应用在设备时域分析及频率分析中，配合频谱处理手段，从监测信号源内提取有价值数据。时域分析工作需涉及波形分析、轴心轨迹分析、波德图瀑布图分析等内容。为消除信号内非周期分量以及随机干扰情况，保留特定周期分量值，也需要使用时域与频域等方式，将截取信号叠加平均，以提高信号的信噪比。常见振动监测设备主要包括频谱分析设备、磁带记录设备、振动传感装置以及示波器等。这些设备可组合成完整的振动监测系统，提升振动监测与故障分析水平。

3.2 温度监测技术

温度也是炼化动设备故障问题的主要特征参数，如设备在运行期间出现异常磨损、变形或者位移等情况均会出现温度异常升高问题，因此应当借助监测温度变化方式判断炼化动设备运行状态。现阶段炼化动设备的集成化、复杂化及自动化程度日渐提升，温度监测技术手段更为完善。如热电偶技术、薄膜温度监测技术、辐射测温技术等均可应用在设备温度测量中，使测量结果更加全面精准。由于炼化动设备运行环境较为特殊，还需要温度监测装置能够满足极限温度监测、高温腐蚀介质温度监测、气流温度监测，固体温度分布监测等目标，对监测人员专业技能及监测原理技术的掌握情况提出了更高要求。

3.3 压力监测技术

压力监测技术主要就是在炼化动设备的重要参数节点中安装压力监测传感装置，实时监测设备运行压力。在运行系统内加装参数记录点，总结系统运行期间的参数变化趋势。压力监测可以及时发现设备运行时的压力异常变化情况，例如设备运行时的过载问题、电路堵塞、安全阀失效等。

通过对比分析设备运行历史参数，制定专项可行运维方案，从根本上控制设备故障问题发生几率。当前炼化动设备均配备了液压部件，如液压多路阀、液压泵、液压油缸等。此些液压系统应长时间处于高压环境下运行，更容易出现故障问题，需要对液压系统展开全面监测，排除设备运行期间安全隐患，有效控制炼化企业设备运维成本。炼化动设备压力监测由传感器采集数据，借助数据线传输给数据采集模块，实现模数转换与逻辑运算目标。通信电缆可以将数据传输给控制主机的服务器内，在服务器上开展数据存储、运算，使相关工作人员可利用计算机直接查询到压力监测结果。

3.4 油液监测技术

油液监测工作主要就是借助采样分析装置监测设备润滑油使用情况，获得油品的各类性能指标，如润滑油污染情况、润滑油内微粒物质特征信息，明确判别设备润滑及磨损状态，进而判别设备运行故障问题。炼化动设备中的油液监测技术涉及学科较多，借助油液分析结果也可以确定适宜的换油时机，在设备运维工作高质开展的基础上加强环境保护水平，促进炼化企业节能环保目标实现。因炼化动设备运行时会受到工作环境、添加剂消耗、金属表面磨损颗粒进入润滑油等因素影响，一段时间后的润滑油品质将下降，无法充分发挥出应有润滑作用，需借助发射光谱分析、红外光谱分析、斑点试验等手段，测量磨粒数量、尺寸、形态，判断设备磨损问题发生原因及磨损程度。

4 炼化动设备故障诊断技术应用流程

故障诊断技术就是借助状态监测结果，分析各类信号及特征参数，配合使用先进处理技术及专家理论，诊断出设备存在的故障问题与故障问题发生原因。炼化动设备主要由转子、轴承、联轴节与基础结构组成，如设备在生产及运行过程中出现故障问题，会引发振动异常情况，因此振动式故障诊断技术的重要判别依据，对设备故障预防工作意义重大。相较于温度、压力等参数而言，振动参数能够更加直接地反映出机组运行状态，是故障诊断的基础判别依据。振动监测故障诊断工作的开展应当对比分析频谱图中的频谱分量值与监测设备的正常运行状态参数，明确判断出故障发生原因与故障发生位置。

现有设备振动故障诊断工作需要涉及暂态频域分析、暂态频域分析、趋势分析等内容。在暂态频率定序过程中，应当依照频段的不同了解故障发生部位。着重关注高频谱判别工作，在条件允许的情况下增加振动监测装置数量。工频成分较为突出主要是炼化动设备分轴弯曲、设备内结构角度不对中、基础松动导致。

随着故障诊断技术发展速度不断加快，诊断工作也融合了更为先进的诊断理念与诊断设备，使炼化动设备故障诊断工作演变成为新兴的综合性技术。当前故障诊断技术还应与故障预警结合在一起，结合动设备运行特征、故障诊断期间的具体要求，设计出功能完善的故障预测预警系统，采用功能完善的服务器及客户端，系统编程语言使面向对象更加广泛。采用结构化关系型数据库，保障数据结果可靠稳定。电力动设备故障诊断中的数据处理数量较多，要求故障诊断应当满足更加宽泛的数据录入格式要求，在实际录入期间应当使用较少的输入字段，增强与设备状态监测仪器数据格式的兼容性。导出的数据格式可以依照规范要求以及常用格式生成结果文件，形成更为直观的图表资料，数据处理效率进一步增强。

故障诊断系统需要具备较强的查询功能，满足多条件、多项目组合查询要求。不仅可以开展最值查询工作，也可以有序实施局部查询与整体查询，使工作人员能够根据查询结果及时了解到设备实际运行状态。系统内部还具备了更加详尽的报警值，及时发现设备运行环节存在着异常问题，提升故障诊断效率。

5 炼化动设备状态监测与故障诊断技术实际应用要点

以某炼化企业的再生风机为例。该再生风机的功率为250kw，使用膜片式连接轴承。在具体状态监测与故障诊断工作开展期间，工作人员在轴承4周布置了监测点，并配备了在线监测系统。在再生风机运行一段时间后，工作人员发现监测评估出现异常情况。监测点位置中的振动速幅度上升明显，风机轴承节侧中的轴承连接处振动声较大，已经形成了操作环境造成不利影响的噪声。借助状态监测与故障诊断系统，发现再生风机的轴承连接处出现故障问题。经过停机监测后进一步确定了轴承处的老化现象，发现振动异常极有可能是因轴承老化较为严重而使齿轮的啮合不良。在更换了轴承与转子设备后，发现再生风机各项振动参数已经趋于平稳，说明设备故障问题被排除。

6 结语

总而言之，通过将状态监测与故障诊断技术应用在炼化动设备运行管理过程中，能够及时监测到设备运行状态，找寻到设备故障发生部位，从根本上提高设备运维水平。配合使用测量参数手段，可以有效进行炼化动设备故障排查工作，预报炼化动运行过程中的风险问题，明确炼化动设备运维重点，使炼化动设备始终处于安全平稳的运行状态。