机泵群在线状态监测系统在装置中的应用

王秀宏(茂名瑞派石化工程有限公司惠州分公司，广东 惠州 516081)

0 引言

某炼厂 400万吨/年高压加氢裂化装置中，由29台机泵组成的一个机泵群，涉及到进料、塔底、回流、外送等关键设备，工况多为高温高压、介质多为易燃易爆。机泵的机械振动会导致机封泄漏、轴承磨损等，甚至会引起火灾爆炸等严重事故，对装置安全生产造成重大影响。

为了评估机泵的状态，早期发现并跟踪设备故障，对这个机泵群进行技术改造，新增机泵在线状态监测系统(Condition Monitoring System，简称 CMS)1 套，对机泵旋转部件进行振动监测。这套系统通过对机泵振动信号的在线采集、处理和分析，可以及时发现机泵故障、评估机泵的健康状态、预测部件的剩余寿命，以便有计划地合理安排机泵的检修工作，更好地保障机泵的正常运行，从而节省维护费用。信号可以通过企业局域网上传到设备管理部门，也可以上传至中央控制室DCS系统由操作人员进行远程监控，实现机泵预知性维护维修管理。

1 CMS系统总体架构

机泵群在线状态监测系统(CMS)包含安装在泵体监测点的IMI(PCB)加速度传感器、本特利内华达2300系列振动监测器、CMS服务器以及配套软件1套。在满足现场防爆安全要求的前提下，CMS 系统分就地监测和集中监控两个部分，其中传感器、振动监测器以及配套防爆接线箱、网络集成箱安装在现场，服务器及配套机柜安装在现场机柜间内。

本项目测点配置有如下两种方案，如图1，图2所示：

(1)针对于悬臂机泵的精简配置，2个测点：2H和3H。

(2)针对于双支撑设备的精简配置，3个测点：2H、3H和 4H。

图1 悬臂机泵测点配置

图2 双支撑机泵测点配置

说明：“H”指水平方向。

本项目29台关键机泵合计68个测点，需要使用68个监测探头(加速度传感器)，34块双通道振动监测器，根据现场位置和接线箱容量共需设置7台防爆接线箱，1台网络集成箱，1台CMS机柜，系统架构如图3所示：

(1)系统架构说明：在现场机柜间内新增一面标准机柜，机柜内安装CMS服务器。

图3 系统架构图

(2) 220VAC电源从机柜间内CMS机柜引出，经过3个一入四出的防爆电源转换模块，分别为接线箱和网络集成箱提供24VDC 电源。

(3)安装在泵体的传感器通过专用电缆接至附近防爆接线箱内的振动监测器。

(4)每个接线箱输出采用以太网线(六类屏蔽双绞线)接到网络集成箱。

(5)网络集成箱输出采用光缆(铠装，单模，8芯)敷设到现场机柜间，接至CMS机柜。

(6) CMS 服务器配置独立的后台，通过交换机接入企业办公网络，所需企业局域网接口及IP地址、VPN访问权限由业主提供，用户可以通过办公网络客户端对现场机泵的状态进行不同授权的实时监控。

(7) CMS系统留有远程监控的扩展，可以与业主现有DCS系统通讯，通过组态在DCS系统进行指示、报警和历史记录。

2 CMS硬件系统

2.1 加速度传感器

加速度传感器参数如表1所示。

表1 加速度传感器参数

传感器的安装：优先传感器垫片焊接，其次粘接方式进行安装。安装前需要打磨平面，再焊接或安装时涂胶均匀，粘接牢固，安装后，转接头应与旋转部件保持10mm以上空间，以保证工作过程中传感器与旋转部件不发生碰撞。

传感器专用电缆采用双芯低噪声屏蔽铠装电缆，提高信噪比，航空接口、优选侧出线； 具有阻燃性，满足防火、防爆要求。

2.2 本特利内华达2300系列振动监测器

2300监测器是用于监测并保护马达、泵、风机等资产的全功能监测器，具有两个地震式振动通道和一个转速通道，可为BOP 辅机设备提供连续监测和保护；其输出包括继电器输出、缓冲传感器输出、TCP/IP 以太网口、以及 LCD 液晶显示。

2300系列监测器可通过配套提供的组态软件(System 1 Evo)进行组态实现远程访问，监测器上还集成了一个 LCD 液晶显示屏和若干个 LED 发光二极管，可就地显示通道实时数据和状态。2300/20 监测器可提供关键振动测量值/静态数据，包括：通频单峰值、通频峰-峰值、真实RMS 有效值、计算单峰值、积分通频峰值。

2300/20 监测器还能提供总样本为8192个、最大3200频谱线的波形/频谱(动态数据)：每个通道最多可提供1组非同步波形(加速度波形)、1组积分非同步波形(速度波形)、和1组解调波形(包络)所有波形为时基波形；转换为频谱的处理过程在 System 1 Evo 软件中进行。非同步(加速度)波形和积分非同步(速度)波形每秒一组；解调(包络)波形每分钟一组。

本项目采用本特利内华达2300/20双通道监测器，具有满足机泵群防爆区域的等级认证，可以安放于现场并在现场提供泵的振动数据显示；能够提供4-20mA输出、网络输出等多种信号输出模式；具有硬件故障的自诊断功能，当现场传感器或者电缆有异常问题的时候，能够提供异常报警。各部分功能及详述如图4所示。

2.3 服务器

选用的服务器详细配置不低于如下规格：(1) CPU：64 位，主频≥2.4GHz；(2)硬盘：≥500GB；(3)内存：≥16GB；(4)光盘驱动器：1×DVD，SATA；(5)带有独立图形加速器的显卡(显示存储器≥64MB)；(6)显示器：采用对角线大于等于22″的高分辨率 LCD 彩色显示器；屏幕比例为16:10；分辨率应达到1280×1024(32位真彩)以上；(7)键盘、鼠标、以太网双网卡；现场服务器供电要求：220VAC±10%，50Hz±1Hz，550W，取自机柜间内备用供电回路。

3 CMS 软件系统

3.1 System 1® Evolution (Evo)状态监测与诊断平台

System 1® Evolution (Evo)状态监测与诊断平台可展现出绘图集、机器示意图、总貌图、以及事件绘图。采用WEB浏览器版，基于B/S网络架构进行数据访问、显示和分析，登陆人员数量不受限制。采用插件式结构，每当客户需要，都可以扩展他们的系统，插入其它的技术，这样便于用户把来自不同设备状态监测硬件平台的信息汇集到一个通用平台上。

System1 Evolution与已授权的3500框架相连，连续不断地采集静态和动态数据。动态数据虽然无法被常规的控制系统处理，但是对于做出运行和维修决策来说，它却是无价的机械状态数据。System1® Evolution 能够在关键的机组事件中(报警、启停机)捕捉到更为集中的数据，对于解答是否重新开机、造成某个报警或跳机的根本原因、哪些组件已经/将要损坏或恶化等疑问，这种数据是非常重要的。此项功能对老旧设备或者无备机以及/或者问题缠身的设备来说更有价值。

3.2 System 1 Evo System1® Evolution 软件-Premium套件包

System 1®软件是状态监测解决方案的核心产品，给用户提供一个全厂范围机械管理单一生态系统。利用状态监测报警、长期的趋势数据和故障诊断等手段去了解机泵设备健康状况，在此基础上结合人员和流程，利用这些关键数据去制定维修计划、作出决策。

3.2.1 功能

高分辨率的趋势、报警和启/停机数据；为趋势数据提供短时间黑匣子飞行记录仪功能； 滚珠轴承和滑动轴承的诊断；诊断报告。

3.2.2 易用性

分布式的客户端/服务器端部署模型；手持式设备的数据远程传输；2X/Citrix 远程接入； 用户账户安全保密简档。

3.2.3 内嵌的专业知识

以客户设备为中心的整体解决方案，以及组态配置和诊断的最优方法：基于设备运行工况的数据采集与报警；设备建模导向的最佳经验组态；内置 ISO 10816-3、10816-7、14694 组态向导。

4 结语

机泵群在线状态监测系统实施后，完善了全厂机泵设备管理的系统平台，其具有现代且直观的用户界面，全新的数据库管理诊断和工作优先级能力，基于设备状态的数据采集、报警和机组模块促成最佳的组态，便于推动机泵状态监测和故障诊断流程。通过机泵群状态在线监测，能够及时发现机泵故障并分析故障程度，确定更换寿命，在保证设备运行安全性的基础上避免部件过早更换。有利于制定合理的批次更换检修计划，减少单个更换带来的重复成本，从而提高机泵运行的安全性和经济性。