状态监测技术在热电厂转动设备维护中的应用

2013-07-14龚亚军任恒昌罗志林范文英

设备管理与维修 2013年6期

龚亚军任恒昌罗志林范文英

作者通联：中国石油克拉玛依石化公司热电厂新疆克拉玛依市金龙镇 834003

E-mail：gyjksh@petrochina.com.cn

一、概述

克拉玛依石化公司热电厂承担着为公司炼化生产装置提供蒸汽、压缩空气、氧气、氮气、无盐水以及向克拉玛依电网供电任务，是克石化公司炼化生产动力保障系统。生产实践表明，热电厂关键辅机转动设备一旦发生故障将影响到公司各用汽、用风装置的安全平稳生产。热电厂停蒸汽1h，就将对公司造成巨额经济损失。可见，热电厂通过关键转动设备状态监测与故障诊断技术应用，及时发现故障，做到示情维修、预知维修，对节约维修费用、提高设备管理水平及确保设备、安全平稳运行起着重要作用。

故障诊断的目的是要确定设备故障的性质、程度、类别和部位，明确故障、征兆、原因和系统之间的相互关系，并指明故障发展趋势。故障诊断内容可以概括为诊断信息的获取和信息的处理两大部分。具体包括以下五个方面。

（1）状态监测。特征信号提取，在设备的合适部位获取征兆，形成待检模式。

（2）建立诊断文档库。它是一种事先编制好的表征各种有关诊断对象不同性质的故障、不同故障部位以及不同故障程度的各种征兆的标准谱数据库。根据现场监测数据的长期积累，对同类型诊断对象的正常和各种故障进行大量、观察、分析，统计和归纳，从而建立起相应的诊断文档库。

（3）状态识别即诊断。将待检模式与样板模式进行对比，当主要性能指标高于或低于期望的目标范围时就认为发生故障。根据故障程度分别给予早期警报，紧急警报或强迫停机等处置。

（4）状态分析与预测。根据检测信息找出故障源，然后根据这些信息就故障对设备和系统性能指标的影响程度做出估计，综合给定故障等级，并预测设备状态的发展趋势。

（5）决策处理。根据故障等级评价对设备系统形成正确的干预决策，做出修改操作，控制及其他临时性维护或停机维修的决定。

上述第五个方面内容，事实上已经与状态检修内容在技术层面上重叠，正好说明了监测诊断和状态检修的密切关系。

二、状态监测实施方法

热电厂旋转设备状态监测实行6 固定，即定仪器、定人员、定测点、定标准、定汇总、定分析，技术人员应用SKF CMXA70 离线监测系统及红外线测温仪每周定期对全厂设备进行监测、汇总、数据回收、频谱分析诊断，同时结合设备运行状况维修状况进行整体评价，实现设备状态维修管理。热电厂状态检修日常操作程序如图1，设备振动速度参考标准如表1，具体实施方法如下。

1.定期监测与诊断

为最大程度降低检、维修成本，使设备部件寿命运行达到最长周期，对热电厂绝大多数设备采用定期监测，每周监测一次，定期掌握设备运行变化的趋势。而对于新安装设备、大小修后的设备、尤其是B 类设备和易出现故障问题的设备，在试运行过程中，要现场测量水平、垂直、轴向3个方向的振值、采集振动频谱，以便掌握设备初始运行状态数据，为设备在运行中出现异常时诊断提供重要对比数据。

图1 状态检修日常操作程序

表1 设备振动速度参考标准 mm/s

2.长期监测与诊断

对一些无备用设备或短期内不具备检修条件的关键设备，若诊断出异常，但机组运行趋势较稳定的，则采用长期监测方法，每周适量增加监测的次数并进行频谱分析、诊断。2008年3月10日，#2－1 排粉机监测到振动超标，其后监测振值虽呈缓慢上升趋势但相对较稳定，五月中旬振值最大曾上升到12.3mm/s，超过2级报警值，鉴于当时锅炉整体蒸汽负荷较高且#2－1 排粉机虽振值较大，但运行趋势较稳定，决定对该机采用长期监测继续运行，至6月上旬，#2－1 排粉机仍连续、安全运行且振值缓慢下降；6月7日监测中振值下降到7.6mm/s，略大于一级报警值（7.1mm/s）。可见，长期监测为设备在异常情况下生产的连续性提供了技术保障。对于短期内出现故障的现象，视严重程度进行特殊诊断，采取相应的措施加以解决。

3.在线监测和离线监测相结合

（1）在线监测系统S8000的应用。S8000 在线系统根据大型关键、特护设备状态监测所获得的信息，结合机组的工作原理、结构特点、运行状况，对有可能发生的故障进行分析、预报，对已经或正在发生的故障进行分析、判断，以确定故障的性质、类别、程度、部位及趋势，对维护机组的正常运行和合理检修提供正确的技术支持，对避免恶性事故的发生、降低故障停机次数、缩短故障停机检修时间、减少公司的经济损失具有及其重要的意义。目前，热电厂2 台汽轮机、发电机均采用S8000 在线监测系统。

（2）离线监测系统SKF CMXA70的应用。SKF CMXA70 离线监测系统不仅具有常规旋转机械状态监测与故障诊断功能，在轴承故障诊断也有重要作用，目前是热电厂旋转机械转动设备状态监测与故障诊断的主要监测系统。

三、诊断实例

1.送风机基础刚度薄弱

风机修复之前各测点的图谱表现为以下特征：

（1）电机和风机各测点的振动频谱中占优势的只有1 倍转速频率（24.2Hz）。

（2）各测点部位水平方向的振动值远远大于同部位的轴向和垂直方向，振动呈明显的方向性。

（3）时域波形为单一完整的正弦波，没有削波和波形畸变现象。

（4）频谱中没有出现轴承特征故障频率、叶轮叶片通过频率及其他高频成分。

根据设备现场安装、运行工况、振动监测的情况，确认风机存在机械松动，其诱发原因在于混凝土基础的刚度不够。故障诊断分析结果表明该风机不存在不对中、不平衡、轴弯曲、轴承故障等其他机械故障，风机的振动仅仅是由基础刚度薄弱引起的，如果没有异常情况，该风机在一定时期内可持续运行；同时由于正逢冬季，锅炉高负荷运行的生产要求不允许长时间停机维修，因此安排在锅炉次年的大修期间对其进行处理。通过定期的状态监测，密切监视其振动烈度态势以及故障的变化，以确保设备安全运行至期望值。2008年4月检修期间，对该风机的混凝土基础进行了重新灌浆和加固处理，监测结果表明故障彻底消除后，送风机处于良好的运行状态（表2）。

2.引风机轴承松动

从表3的振动监测数据可以看出，11月22日至11月27日风机测点3、4的振动值逐渐增大，特别是轴向。实时同步进行的温度测量结果也反映出风机轴承温度逐步升高。

表2 送风机各测点通频幅值 mm/s

风机各测点的频谱图中表现有以下特征：

（1）除工频16.5Hz 之外，存在高达10 倍的多个转速频率的谐波频率，其中以2～6 倍频成分突出，其幅值超出了工频分量的幅值。

（2）趋向于产生定向的振动，从振动数据可知，风机负荷端部位（靠近叶轮侧）及各部位的轴向振动较大。

（3）高阶次频率分量对应的幅值大于转速频率振动幅值的1/2。

（4）没有出现滚动轴承的特征故障频率、叶片通过频率及其他高频成分。

以上特征表明风机的轴承出现机械松动的故障，松动的原因包括：①轴承与轴承座配合间隙过大；②轴承在转轴上松动或转动，即过盈不足；③轴承间隙过大。

结合该机运行状况以及历史监测、维修记录，诊断分析认为造成风机振动烈度短时间上升，轴承温度升高的原因是轴承的内圈与转轴的间隙大，出现机械松动。对于单吸悬臂结构的引风机转子来说，轴承内圈与轴颈的过盈配合失效，势必会引起风机的窜轴，造成轴承工作条件的恶化，降低风机的运动精度，并进而引起轴承温度升高，轴承箱振动，配合表面损伤，以及轴承压盖的损坏等。随后向设备管理部门建议立即停机进行维修处理，由于准确的诊断结果及时给予维修人员作业指导，设备在短时间内得以修复，实现了预知维修。

四、结语

炼化生产中,设备管理是一项十分重要的工作，设备的管理水平，直接决定了装置的生产效率。以设备状态监测、故障识别、状态确知为前提的状态检修，是一种观念和策略的变革与创新，优化了维修策略，满足了企业经营者关心的“设备安全经济运行”和“保证检修质量前提下的合理检修费用”的需求。

应用状态监测技术，可以在设备运转过程中，对异常的原因、部位、程度进行识别，从而预测、评价设备的可靠性，很大程度上避免了机械设备的突发故障，从而避免被迫停机而影响生产。状态监测和故障诊断技术为预知机械设备的维修期提供了可靠依据，做到有必要时才进行维修和及时准备维修部件，安排维修计划，克服定期维修带来的不必要的经济损失和设备性能的下降。完善的诊断能力准确确定故障类型和故障部位，避免了维修的盲目性，使检修简捷易行，大大缩短了维修工期，实现了对设备运行、检修全方位的现代化管理，给企业带来显著的经济效益。