吴伟文

(中国石化上海石油化工股份有限公司化工部， 200540)

状态监测系统在乙二醇装置中的应用

吴伟文

(中国石化上海石油化工股份有限公司化工部， 200540)

中国石化上海石油化工股份有限公司乙二醇装置应用设备状态监测与故障诊断系统，对转动设备运行状态进行监测，诊断和分析了多起故障隐患，为及时制订处理措施提供技术支持，确保了装置生产的连续安全平稳运行。

状态监测 故障诊断 设备管理 乙二醇

状态监测通常是指通过测取设备运行时产生的振动信号进行处理分析和特征提取，判断设备所处状态属正常还是异常，从而对设备当前的运行状态作出评估和处理。其根本目标是保证设备的安全、可靠、高效和经济运行［1］。

1 PMS点检网络化设备监测系统特点及应用

1.1 系统特点及功能

离线式设备监测系统(PMS)依托中国石化上海石油化工股份有限公司化工部(以下简称化工部)内部网络，采用服务器/客户端体系结构，以数据库为核心，将各点检工作站(以装置为单位)的设备状况信息动态上传至服务器，实现数据的内部共享，并利用客户端程序进行数据读取，不仅有助于各工作站现场设备监测诊断人员的直接沟通，而且使中、高层技术和管理人员可及时了解设备状况，进一步优化宏观管理。该系统的功能为:动态上传点检工作站的设备数据至数据库服务器，实现数据积累和共享;客户端软件(包括信号分析和状态浏览两部分)采用树状结构直观显示设备的状态信息;信号分析软件提供时域、幅值域、频域、时差域等多种分析功能，能够分析化工部设备中任一测点的数据并显示趋势;信号分析软件提供包含幅值、频段报警在内的多种报警方式;信号分析软件自动生成测点的报警事件报告和数据分析报告;报警设置具有用户根据系统实际情况进行修改、调整的功能;浏览器为管理人员提供测点分布图片、设备报警状态以及各类统计信息。

1.2 应用情况

作为设备管理的一个重要手段，化工部乙二醇装置针对设备运行的实际情况，从2004年起，应用上海华阳监测仪器有限公司生产的PMS网络化设备巡检系统，对转动设备实施全面的状态监测工作。

为此，按照化工部建立的管理网络和管理制度，乙二醇装置实行每周一次的数据采集、上传及分析，对有异常或振动有上升趋势的则根据实际情况增加监测频次，以便对故障的严重程度进行定量和定性的分析与跟踪，从而使设备的运行状况及时展现在设备管理人员面前，更好的实现对设备的管理和维护。

2 PMS系统的实际应用分析

通过对PMS系统的运用，每年能诊断和分析多起故障隐患，下面列举几个典型案例。

2.1 1#乙二醇G－920A转子不平衡故障

2.1.1 转子不平衡故障反映的振动特性

所谓不平衡，就是由于旋转体轴心周围的质量分布不均，使其在旋转过程中产生离心力而引起振动的现象。由不平衡所引发的振动，其最重要的特点就是发生与旋转同步的基本振动，其振动有如下特性。

(1)振动方向:以径向为主，尤其为水平方向;

(2)振动频率:以旋转频率为主要频率f0(见图1);

(3)相位:与旋转标记经常保持一定的角度(同步);

(4)振幅:在一阶临界转速内随着转速的升高，振幅增长的很快，转速降低时，振幅回落也很快。

图1 不平衡的振动频谱

此类简支型机泵的测点设置在具有足够灵敏度的轴承座上(见图2)，每个测点均包含轴向(A)、水平方向(B)和垂直方向(V)，其不平衡故障的特征信号主要表现在基频(1×，“×”意为“倍频”，以下相同，如2×即为2倍频)，且在频谱图中，各谐波能量尤以基频的能量最为突出，而且径向比轴向占明显的优势［2］。

图2 G－920泵示意

2.1.2 故障信号的诊断及分析

2011年9月23日发现该泵在运行中振动偏大，经状态监测发现泵非驱动端4H(见图3)振动幅值达到27 mm/s，振动值(振动速度有效值或振动烈度)已超过标准，达到18.8 mm/s(标准为不大于11.2 mm/s)。

通过截取故障设备的相关振动频谱及振动波形信号进行分析:该泵经过长时间运行后，相关部件存在疲劳磨损，进而引起转子平衡破坏，泵的振动偏大;4H的振动波形为标准的不平衡症状信号(见图4);另外，该位置(泵非驱动端4A、4H、4V)3个方向测点的振动频谱均为1×，占明显优势，而4H尤为特出。由此得出结论，即泵存在转子不平衡故障。因无备件，此泵暂作紧急备用。12月中旬备件到货，随即进行拆检，检查后发现转子平衡盘磨损严重，而从平衡盘照片中可以清晰地看到平衡盘端面的不均匀严重磨损。由此也印证了故障原因分析与实际情况相吻合。

图3 4H(水平向)频谱

图4 4H(水平向)波形

经过检修后，2012年1月5日G－920A试车运行，振动值明显改观，泵振动恢复到正常状态，检修前后振动数据请见表1。

表1 振动速度有效值 mm/s

2.2 2#乙二醇2G－920A电机轴承摩擦故障

2.2.1 摩擦故障所反映的振动特性

当旋转体与静止件相接触时，转子摩擦通常会产生0.5×的频率。摩擦有可能是局部摩擦也可能是整圈摩擦，会产生许多频率，激起一个或几个共振，有较多的亚谐波的倍数频率(0.5×、1×、1.5×、2×、2.5×等)，在径向方面表现较突出(见图5)。转子摩擦会激起许多高频，如轴与轴承接触，则摩擦可能很严重，轴与密封接触，摩擦则稍轻一些。如由间隙过大的滑动轴承支承的系统中存在不平衡或不对中则会引起大的振动。

图5 典型的摩擦频谱

2.2.2 故障信号的诊断及分析

2011年12月6日，2G－920A振动异常(测点分布参见图2)，经对该泵振动所反映的特征信号作频谱分析，发现有 1×、1.5×、2×、2.5×、3×、3.5×、4.5×等具有摩擦特征的故障频率;表现在频谱的整数倍频两旁有0.5×倍频的边差频率(该泵工频为50Hz)(见图6～7)。测点图1H(图6)中整数倍旁有半倍频，且在高频处也出现类似的频率(如4.5×、5.5×)，同时其他图谱中(如图7)也有类似现象，因而得出该泵转子存在较为严重的摩擦故障。

图6 2G－920A 1H(水平向)频谱

图7 1V(垂直向)频谱

再看图6，其振动能量主要分布于1×、2×、及高频6×处，并且2×频率分量其振动值已超过1×的50%，这预示着该泵还存在不对中的故障潜证。

通过分析，安排停机拆检，经拆检发现该电机非驱端(测点1A、1H、1V位置)轴承已摩擦开裂(见图8)。经过检修更换新轴承后安装调车，电机振动恢复正常。检修前后振动数据见表2。

表2 检修前后轴承振动速度有效值 mm/s

图8 非驱动端故障轴承

2.3 2#乙二醇2G－116B轴系对中不良故障

2.3.1 轴系不对中情形

所谓不同轴，是指用联轴节联接起来的两根轴的中心线不重合的现象，又称不对中。不同轴现象可进一步细分为3种情形:(a)位置不对中;(b)角度不对中;(c)位置和角度不对中。当泵与电机轴系存在不同轴时，除产生径向振动外，还容易发生轴向振动。不同轴不严重时，其频率成分为旋转基频;严重时，则产生旋转基频的高次谐波成分。

2.3.2 不对中振动的特点

不对中振动的特点主要由以下几点:

(1)一般为1×为主，也有2×的，当2×处的幅值大于1×处的50%时意味不对中程度已加剧，如联轴器轴系不同轴剧烈时，也会发生3×等谐频成分;

(2)随着不对中程度的增加，产生很大的轴向振动分量;

(3)振幅与转速的关系不大。

2.3.3 故障信号的诊断及分析

2G－116B为悬臂式离心泵，2011年12月29日监测跟踪到振动偏大，经校验该泵组原始对中情况，测得泵与电机外圆相差0.60 mm，平面差0.27 mm，标准要求为外圆不大于0.10 mm，平面不大于0.05 mm。以下结合图谱进行分析说明。

从上面不对中故障反映的振动特性中可以知道，当联轴器轴系对中不良时，有时会呈现3×频率(工频为25 Hz)，严重时会有它的倍频频率信号出现(如2倍的3×)，见图9～11测点3A、3H、3V，图谱中频谱分量最大的频率为150 Hz，这是3×的2倍，另外，测点3A轴向频谱分量也较大，振动有效值达3.92 mm/s，与泵存在不对中的情况相吻合。

经过检修后，2G－116B泵振动显著改善，振动最大点3V由9.3 mm/s减小到4.1 mm/s，泵振动基本恢复到正常状态。

图9 3A(轴向)频谱

图10 3H(水平向)频谱

图11 3V(垂直向)频谱

一台机组出现故障，有时并不只是单纯的一种机械故障，而往往是几种故障同时存在的现象。因此，认真做好运行设备故障诊断及分析，使设备维修有的放矢，既提高设备的运行安全，又保障了装置平稳生产。

3 结束语

通过上述理论分析和案例分析可以知道，状态监测系统的应用对设备管理意义重大，它可以帮助我们分析判断设备运行状况，合理安排检修计划，有效指导和评价设备维修及质量性能，降低维修成本，形成设备管理的新模式。随着状态监测技术的深入应用，设备管理水平将有更大的提高。

［1］ 黄长艺，严普强．机械工程测试技术基础［M］．北京:机械工业出版社，2001．

［2］ 全国机械振动与冲击标准化技术委员会．GB/T 6075．3—2001在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动(第3部分)［S］．北京:中国标准出版社，2001．

Application of Status Inspection System in Ethylene Glycol Plant

Wu Weiwen
(Chemical Division，SINOPEC Shanghai Petrochemical Co．，Ltd．200540)

The ethylene glycol plant of SINOPEC Shanghai Petrochemical Company Limited used equipment status inspection and fault diagnosis system to inspect the operation status of equipment．The system inspected and analyzed several hidden dangers of faults，which provided technical support for formulating treatment measures in time，and ensured continuous，safe and stable operation of unit．

status inspection，fault diagnosis，equipment management，ethylene glycol

1674－1099 (2012)05－0047－04

TP277

A

2012-05-28。

吴伟文，男，1967年出生，工程师，2003年毕业于华东理工大学机械系机械设计制造及自动化专业，现从事设备管理工作，曾发表论文1篇。