摘 要:四川石化采用具有国内自主知识产权的BH5000在线监测诊断系统,对转动设备实施在线监测和离线监测;在监测诊断系统基础上,将在线、离线监测整合,建立了动设备状态监测与故障诊断平台。实现动设备监测诊断的集中统一实施和管理。平台建立以来,为保障四川石化转动设备顺利试车起到了积极作用。
关键词:转动设备;监测诊断平台;应用
一、概述
四川石化是包含80万t/a乙烯装置和1000万t/a炼油装置在内的大型炼油化工一体化企业,企业各装置拥有包括离心压缩机组、往复压缩机组、风机、泵等在内的转动设备数千台(套),其中A类关键转动设备23台(套),B类转动设备272台(套)。
长期以来,在设备在线状态监测领域,透平压缩机组、往复压缩机组、泵等不同设备的在线监测系统分别由国内外不同的厂家生产;同时,在线监测系统与离线监测系统是完全隔离的两大系统。石化企业要实施状态监测必须对不同的设备采购不同的在线、离线监测诊断系统,不同厂家系统之间通信、在线与离线整合困难重重,给石化企业转动设备实施基于状态的预知维修制造了瓶颈。
为实施基于状态的预知维修,节约检维修经费,四川石化采用具有国内自主知识产权的BH5000在线监测诊断系统对包含透平压缩机、往复压缩机、泵在内的其中80余台转动设备实施在线监测,采用BH550离线监测诊断系统对其他1600余台转动设备实施离线监测;并在监测诊断系统基础上,将在线、离线监测整合,将24台透平压缩机组(采用BH5000-C)、27台往复压缩机组(采用BH5000-R)、36台泵(采用BH5000-P)在线监测整合,建立了动设备状态监测与故障诊断统一平台(以下简称“平台”)。率先在国内炼化一体化项目中实现了各类转动设备在线、离线监测和故障诊断的集中统一实施和管理。
自2012年底平台建成以来,为保障四川石化转动设备顺利试车起到了积极作用。
二、转动设备状态监测与故障诊断平台功能
该平台(图1)实现了旋转、往复两类关键设备统一监测;实现了在线监测、离线监测数据统一管理;引入MES并与状态监测数据实现融合;实现了基于设备状态的智能预警,并与短信平台接口实现手机短信预警。
该平台界面主要包含整合GIS地图、设备状态、测点状态Tab页、状态监测、报表管理等多个模块。
1.可视化功能
该功能模块以四川石化地图为基础,以气泡形式将每一台平台所监测设备标记在相应位置上,并以气泡颜色来区分设备当前运行状况。此模块还支持由GIS显示到指定设备状态监测页面的切换。
此模块的建立,有助于巡检人员对全厂设备运行状况的整体性了解,方便设备管理人员对设备的管理。
(1)设备与测点状态统计功能。设备状态模块包含实时报警统计、历史报警统计、故障原因统计、停机状态统计、健康指数及导出Word文档等多个功能。报警统计功能可统计集团、公司、生产部、装置等级别下设备的实时、历史运行状态,以统计图谱的形式显示各状态百分比;故障原因统计功能可统计设备故障原因,以统计图谱的形式显示各类故障原因所占百分比。柱状图、饼图中,横坐标轴显示故障原因;停机状态统计功能用于统计设备停机原因,以统计图谱的形式显示各类停机原因所占百分比。柱状图、饼图中,横坐标轴显示停机原因;健康指数统计功能用于统计集团、公司、分厂、监测站等各级别下设备的健康指数。
以上所有统计数据、表格均可直接通过“导出Word”功能导出为Word文档,直接用于相关报告的撰写,很大程度地减轻了巡检人员的工作量。
(2)报告及资料管理。报表内容包括月报、周报、诊断报告(旋转、往复、机泵、其他)等几部分,资料包括与机组相关的所有电子版文档,报告及资料管理模块可供用户自主上传、下载上述报告及资料,平台会按类进行整理、保存,以便用户日后查询。
(3)在线监测。该平台所包含的在线监测系统包括旋转机械在线监测系统(BH5000-C)、往复机械在线监测系统(BH5000-R)、机泵在线监测系统(BH5000-P)。旋转机械在线监测系统包括机组概貌图、振动监测、振动历史比较、轴心轨迹、启停车曲线等多个模块,界面操作方便实用,能够满足大型离心机组的预警和故障诊断;往复机械在线监测系统包括机组概貌图、运行状态图、历史比较图、振动监测、其他参数趋势线等多个模块,从往复压缩机诊断所具有的特殊性出发,以活塞杆沉降量、缸体振动、曲轴箱振动、气阀温度等为分析参数,界面操作方便实用,能对往复机常见的各种类型故障进行早期预警、诊断;机泵在线监测系统包括机组概貌图、趋势分析、冲击诊断、转子类故障诊断等多个模块,主要以振动加速度和振动速度为分析对象,能够对机泵常见的轴承、齿轮、转子等类型故障进行精确分析、诊断。
(4)离线监测。该平台可将四川石化所有离线监测机组的巡检数据上传、保存、分析,并可自动生成分析报告,离线仪器采集完成的数据可在上传至平台后进行详细的时域、频域分析,克服了传统离线采集只读取振值大小不进行详细分析的缺点,能对离线巡检的各类机泵、风机等设备进行及时预警。
(5)引入工艺量。在设备故障诊断过程中,除振动信号外,往往还需要诸如流量、温度、压力等工艺量作为参考,该平台正是以此为出发点,将通过OPC接口引入到平台的工艺量(进出口压力、流量、温度等)与动态振动信号实现统一监测,方便将动态振动信号同工艺量进行同步分析,有助于更加全面的分析机组状态确定故障来源。
三、应用案例
1.加氢压缩机喘振
四川石化生产六部辛醇气相加氢压缩机组结构如图2所示,工作介质为氢气,试车介质为氮气,额定转速为21094r/min,额定功率为570kW,轴承为滑动轴承,密封采用干气密封。
2013年6月16日—17日进行了多次试车,试车过程中发现,转速低于20000r/min时,机组各测点的振动均正常;转速升至20000r/min以上时,各测点振值急剧升高,尤其是压缩机端。
振动异常时压缩机端测点振值远大于汽轮机端,因此推测异常可能主要源自于压缩机端;振动趋势中2#测点振值严重超标,频谱以低频成分主导[工频为365Hz时,125Hz(0.34×)为主导频率],并伴有少量其他低频成分;1#测点有时低频分量高于1×分量;2#测点轴心轨迹杂乱。
工作转速到达20000r/min以上时,根据查验特性曲线,并与运行过程中的DCS流量等数据比对,认为压缩机当时存在实际流量小于额定流量的现象,进而出现了旋转失速(或喘振)。
后经现场检查,该压缩机进行喘振试验,工作流量确实小于其额定流量,进入了厂家给定的喘振区域。值得一提的是,在线监测系统记录的最高振动值90μm以上,而DCS记录的振动值最高只有80μm。原因在于在线监测系统采集速率远高于DCS,对设备状态反映更加敏感。建议在后续喘振试验,尤其是标定喘振点时,参考在线监测系统数据。
2.加氢压缩机键相与振动通道错接问题排查
四川石化生产六部丁醇气相加氢压缩机于2013年6月15日试车过程中记录如下异常现象:机组无键相转速显示;压缩机驱动端测点2V振动严重超标,引发跳车,其余测点振值均正常。
2H测点振动信号正常,而相邻的2V测点的时域波形中出现类似键相的脉冲,不符合旋转机械振动机理;BH5000C系统接入了Bently3500缓冲输出的键相信号,但BH系统中却未正常显示转速。
经对比分析后,判断保护表厂家将Bently3500系统2V测点振动信号与键相信号连接错位。后经现场将2V测点振动信号与键相信号接线互换后,机组振值恢复正常,转速趋势正常显示;机组再开车正常,避免了再次误跳车。