陈保新
摘要：采用设备在线监测技术是企业提高设备管理水平、降低生产成本的重要手段之一。本文以中州分公司CO2压缩机的在线监测应用实践为例，介绍大型动力设备实行在线监测的优点及进一步推广设备在线监测技术的必要性。
关键词：设备管理CO2压缩机在线监测
一、前言
随着我国加入WTO组织，在市抄济的激烈竞争中，用户对产品质量提出了更高的要求，产品生产成本的竞争也日益激烈。因此，如何保障设备良好的连续运行状态即提高设备运转率是设备管理的重要课题。日本管理专家在设备管理上首先提出了设备点检的概念，使设备管理由事故检修和定期检修管理逐步向预知性检修管理过渡。但传统的设备点检方式多采用“眼看、手摸、耳听”的经验手段，既不能满足安全生产的要求，故障的判断也过于依靠执行者的经验，准确率较低，对异常数据的捕捉率低、准确率及效率非常低，这些缺点已无法适应现代化设备管理的需要。推行设备的在线监测对于现代化大型连续生产线已势在必行，也已成为一项用信息技术改造传统产业的重要课题。
中州分公司氧化铝厂现有5台CO2压缩机组属分公司大型关键A类设备，承担着全厂CO2气体的输送任务。由于生产工艺流程的需要，机组需长期连续、高效运转，这种高速旋转设备在长期高负荷工作状态下就容易出现磨损、窜动、不平衡、轴承超温、振动异常等机械故障。若不能及时发现这些事故隐患而造成停机事故，不仅可能造成人身和设备事故而且将给生产带来严重损失。如2000年2月8日1＃CO2压缩机在并网过程中，加负荷太快致使压缩机喘振，因未能及时发现和采取措施而造成空压机机壳被打坏的严重设备事故。因此，如何对机组的运行状况进行更好地监测，及时、准确地发现事故隐患显得尤为重要。
为提高企业的设备管理水平以适应安全、优质、高效的生产目标，2002年分公司决定在该重要设备机组推行设备在线监测的管理。经过近一年的运行实践，取得了良好的效果。下面具体介绍一下这次实践应用情况。
二、改造前的设备配置及监测管理状况
1.CO2压缩机及电机的基本参数：
压缩机由电动机通过变速机驱动，压缩机型号为EI3504.2/0.97，变速机型号为GYD301480/2.919，电动机型号为YK16002/990，功率为1600KW，电动机额定转速为2985r/min，压缩机主轴额定转速8713r/min。
2.设备监测状况：
原有设备运行参数和工艺参数为就地显示或在控制室仪表盘上显示，显示仪表有电磁指针式、数显式、针式记录仪等，报警显示采用闪光式光字牌，对反映机组运行状况最重要的振动数据无在线显示，只能由岗位操作人员用便携式测振仪通过定期点检获得，对轴位移的监视也只有超限报警和跳车指示，无法定量连续地观测到其变化情况。对轴承部位的监测是依据点检时用听诊棒进行判断，由于现场噪音较大，很难准确判断。
三、在线监测系统的工作原理
安装在压缩机组各部位的信号传感器用于采集各种现场信号（如振动信号、缓变量信号等），振动、轴位移、键相（兼转速测量）等信号通过信号电缆接入数据采集箱，经处理后送入计算机。其它过程量信号需将现场采集的信号经过相应的变送器转变为4～20mA标准模拟信号后在通过数据采集箱接入计算机进行在线显示。通过显示屏就可以很清楚地看到风机现场运行状况，如前后轴承、变速机瓦座的振动值，转速测定值及轴位移变化情况等；并且可以对数据源进行总结、类比和进一步分析。
四、在线监测系统的构成及特点
1.机组测点确定及传感器的选用：
根据压缩机组监测系统的要求，每台压缩机组设置振动监测点6个即压缩机前后X／Y方向轴振各2个、变速机前后瓦振各1个，轴位移监测点1个，键相测点1个，其它过程量（如各种温度、压力、电机电压和电流等）根据需要设定。每种参数需对应相应的传感器，选择传感器应依据以下原则：可靠性高，工业寿命长；灵敏度高，测量范围宽，具有较高的分辨率和测量精度；稳定性好，漂移小，响应快，迟滞小；频率响应宽，动态范围大。主要新增传感器配置情况见下表1：
表1
测点
传感器
数量
类型
灵敏度
备注
压缩机前轴承轴振（垂直）
IN081
1
涡流传感器
（振动）
8mv/μm
德国申克
压缩机前轴承轴振（水平）
IN081
1
涡流传感器
（振动）
8mv/μm
德国申克
压缩机后轴承轴振（垂直）
IN081
1
涡流传感器
（振动）
8mv/μm
德国申克
压缩机后轴承轴振（水平）
IN081
1
涡流传感器
（振动）
8mv/μm
德国申克
变速机低速端瓦振
（垂直）
EN080
1
速度传感器
（振动）
20mv/mm/s
德国申克
变速机低速端瓦振（垂直）
EN080
1
速度传感器
（振动）
20mv/mm/s
德国申克
压缩机轴向位移
SD052
（OD051）
1
涡流传感器
位移
8mv/μm
德国申克
转速键相
TS012
1
额定转速：8700转／分P
键相槽数：1
德国申克
2.监测站设备构成：
系统配置2个智能数采箱（下位机），1个智能数采箱管理1～3#压缩机组的振动信号，另1个智能数采箱管理4～5#压缩机组的振动信号及五台压缩机组所有过程(缓变)量信号。智能数采箱为模块化结构，除必要的公共模块外，有9个插槽可用于自由配置测量模块。根据测点数量，2个数采箱配置键相5块、振动量板10块，模拟量板3块。模拟量板负责采集整个系统中的压力、温度等缓变量信号。为便于现场安装布置，提供2个标准机柜，用于安装2个数采箱，机柜内各配一台CRT显示器和键盘，显示实时数据。
3.单台机组主要测点传感器安装示意图见图1。
4.系统主要特点：
⑴数采箱采用模块化结构，安装、维护、更换方便，可靠性好。其中某一通道或模块故障不会影响其他通道或其他模块正常工作。
⑵采用工业组态方式，能够在线编辑所要监测的数据以及表现形式（如结构示意图、棒图、表格和数字等）。
⑶具有齐全的信号分析功能，对各个机组在不同时刻、不同状态下的动态信号快速、准确地进行各种分析和数据处理，并以各种图谱表现在界面上。
⑷系统配置故障诊断专家系统具有征兆获取、自动诊断、对话诊断以及诊断结果的存储等功能，保证了系统的先进性和诊断结果的可靠性。
⑸采用客户机/服务器结构模式，采用标准的TCP/IP通讯协议和Winsock编程，增强了系统的可扩充性和可维护性。
⑹系统采用中文Windows操作系统，全中文下拉式菜单，用户界面友好，操作使用方便。
五、在线监测系统应用效果
自CO2压缩机组安装在线监测以来，运行平稳可靠、监测数据准确、操作使用方便，收到了良好的效果；同时也使我们的设备管理进一步规范化和合理化，为推广这种先进的设备管理模式积累了经验，具体表现在以下几个方面：
1.实现了对设备运行状态的动态管理。实时监测系统能实现24小时不间断地对现场机组各测点的振动数据及温度、压力、轴位移、流量、电流等过程参数进行在线监测并通过各种图形、图谱及数据表格等形式进行动态显示，对有关数据进行存贮和分类管理，实现当班、当天、当月、当年等历史数据的再现，进一步形成各种趋势分析结果；特别是在起停机阶段，能够提供整个过程各种信号参量之间的相关趋势及随时间变化趋势，非常直观。当机组运行异常时，还具有声、光超限报警和梯度报警功能，各种监测结果可以监测报表形式随时进行打印；同时能完成与管理机的实时通信，便于上级主管部门及时掌握机组的运行状况。
2.为科学、准确的设备在线故障分析诊断提供了可能。系统配置的智能故障诊断系统能通过在线监测系统提供的运行机组各种特征参数变化的识别，运用故障诊断专家系统对这些变化进行综合分析，准确判断各种故障点及严重程度，为设备维护和管理人员合理决策提供可靠的依据。
3.提高了设备运转率，减少了岗位操作人员的劳动强度，延长了设备的使用寿命，减少工作量。在安装在线监测之前，为了保证风机的可靠运行，当机组个别部位发现异常时，因无法进一步判断其严重程度和变化趋势，生产和设备管理人员都非常担心，岗位人员每班点巡检次数大大增加，还要认真详细记录大量有关的数据。一旦生产条件允许，就立即安排停机检修，增加了停机次数和停机时间。实施在线监测之后，上述状况得到了彻底改变，根据在线数据对一些异常现象进行分析、判断，可以避免许多不必要的停机。这样使维护工作量较以前大大减少，也相应减少了设备的频繁起停次数，减少损耗，从而延长了设备的使用寿命。
4.为确定最佳检修时机和制定合理检修方案提供了依据。利用在线监测数据结合故障诊断技术，在设备负载运行即不停机的情况下，对设备的各种状态参数进行监测和分析，判断其是否存在异常或故障，故障的部位、原因及严重程度，避免以前停机后检查才能发现确切故障原因的状况，不但为检修节约了时间，而且使检修方案的制定更加科学、合理，提高了设备的检修质量。
5.系统具备强大的数据管理、高速传输和共享功能，为企业今后实现大规模设备远程集中管理和监测奠定了基础。
当然，在线监测只是现代设备管理其中的一个基本手段，同时由于目前硬件的限制，在某些工作环境比较苛刻的条件下，完全实现稳定的在线监测尚有一定的困难。因此采用离线测量仪器，辅之一些传统方法进行现场点检也是不可或缺的一个补充手段。总之，在实际操作中如何不断总结、摸索，使两种方法更好的相辅相成，使设备管理更具特色，有待于设备管理工作者在实践中进行进一步的探索。
参考文献：
1、廖伯瑜主编.《机械故障诊断基础》冶金工业出版社.1995年11月第一版。
2、北京英华达电力电子工程科技有限公司编《EN3800大型旋转机械振动监测故障诊断诊断专家系统用户操作手册》。
3、严可国等主编.北京英华达电力电子工程科技有限公司出版.《大型旋转机械监测保护故障诊断系统》.上、下册1994年5月。