摘   要  介紹了狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的特點及在LPG裝置中的應(yīng)用情況，狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)提高了裝置三大機(jī)組運轉(zhuǎn)的可靠性，可對故障可前期預(yù)警，并進(jìn)行分析和處理，保障了機(jī)組安全、平穩(wěn)運行。同時，由于對機(jī)組故障可提前進(jìn)行預(yù)報和分析處理，也降低了維護(hù)費用，提高了裝置的運行效率，具有推廣使用價值。
        關(guān)鍵詞  狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 天然氣處理廠 三大機(jī)組 應(yīng)用

        引   言
        天然氣處理廠是專門從事石油伴生氣處理和下游產(chǎn)品深加工的大型企業(yè)，擁有從德國、英國、美國和日本等國家引進(jìn)的天然氣深加工裝置及大型設(shè)備，目前管理著3套輕烴生產(chǎn)裝置和4套精細(xì)化工裝置。具有設(shè)備種類多，自動化程度高且無備用機(jī)組，流程介質(zhì)高溫、低溫、高壓且易燃易爆等特點，因此，對裝置運行的安全性與可靠性要求較高。這些大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備集中多種高新技術(shù)于一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在使用過程中由于運轉(zhuǎn)時間、操作、管理以及技術(shù)更新等諸多因素，其功能逐漸降低，故障逐漸增多，由此產(chǎn)生的不安全因素不容忽視；因此，針對我廠裝置的情況，在關(guān)鍵重點設(shè)備上應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測與故障針對技術(shù)^〔1〕也是我廠實施設(shè)備綜合管理的一項有效措施。
        設(shè)備故障診斷技術(shù)是一種了解和掌握設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常運轉(zhuǎn)，掌握溫度、振動、噪聲、潤滑狀態(tài)以及各種性能指標(biāo)等，以便早期發(fā)現(xiàn)故障，分析其原因并預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。按比喻的說法，它是一種給設(shè)備“體檢或看病”的技術(shù)，這當(dāng)中包含“監(jiān)測”和“診斷”兩層意思。因此，設(shè)備故障診斷技術(shù)，又稱設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)。該技術(shù)已日益成為設(shè)備綜合管理以及對大型成套設(shè)備加強(qiáng)現(xiàn)代化管理，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益發(fā)揮其重要性不可缺少的手段。通過這幾年的應(yīng)用，這方面我們也積累了一些經(jīng)驗，取得一些成效。
        應(yīng) 用 情 況
        我廠的三氣廠^〔2〕由德國Linde公司總承包建造的大型天然氣深冷裝置，1989年投產(chǎn)，裝置采用國際上成熟的膨脹制冷工藝以回收C2為目的進(jìn)行輕烴生產(chǎn)，日處理伴生氣80-120萬NM3，輕烴收率可達(dá)98％以上，經(jīng)濟(jì)效益顯著。裝置的核心部件是三大機(jī)組，即燃?xì)廨啓C(jī)帶動的原料氣壓縮機(jī)組（1-GT1/1-K1）、膨脹/增壓機(jī)組（2-TK1）、丙烷制冷壓縮機(jī)組(3-K1)，它們的運行狀況，直接決定了工廠安全、平穩(wěn)運行和經(jīng)濟(jì)效益。
        目前，三氣廠的三大機(jī)組已運行了14年，無論從機(jī)械部件還是從控制系統(tǒng)都已進(jìn)入故障的高發(fā)期，據(jù)不完全統(tǒng)計，1997年三大機(jī)組停機(jī)73次，時間累計185小時，直接損失達(dá)400萬元，1998年停機(jī)78次，時間累計196小時，損失450萬元，到1999年停機(jī)則達(dá)到85次，時間累計213小時，損失460萬元。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)看，三大機(jī)組的故障率每年以7%的速率增加。設(shè)備維修費用也以每年5%的速率增加。然而，引起故障與停機(jī)的因素很多，例如供電系統(tǒng)的閃停、儀表故障誤報、機(jī)械故障等，僅僅依靠操作及維護(hù)人員的經(jīng)驗分析判斷，是完全不夠的，另外也是不及時和不準(zhǔn)確的。例如1995年6月因為控制系統(tǒng)的問題，且沒有相應(yīng)的可靠技術(shù)手段去判斷燃?xì)廨啓C(jī)故障原因，在危機(jī)情況下沒能將燃?xì)廨啓C(jī)機(jī)組遮斷保護(hù)，造成了燃機(jī)嚴(yán)重的故障，損失十分慘重。為保障燃?xì)廨啓C(jī)及三大機(jī)組安全、穩(wěn)定運行，實現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)備管理，在綜合考察國內(nèi)外燃機(jī)控制技術(shù)和在線監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，根據(jù)三氣廠裝置的具體情況，并且與多方專家和單位研究論證合作，在燃?xì)廨啓C(jī)和三大機(jī)組上分別應(yīng)用三冗余MARK-V控制技術(shù)和大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（MMDS2000）。
        1、燃機(jī)MARK V控制系統(tǒng)
       （1）系統(tǒng)介紹
        整個系統(tǒng)分為五個功能子系統(tǒng)
        ◆主控制系統(tǒng)：啟動控制、轉(zhuǎn)速控制、溫度控制、加速控制、停機(jī)控制；
        ◆順序控制系統(tǒng)：控制燃機(jī)啟動、運行、停機(jī)、冷卻及輔助設(shè)備啟停順序；
        ◆保護(hù)控制：超溫保護(hù)、超速保護(hù)、熄火保護(hù)、振動保護(hù)以及潤滑油等輔助系統(tǒng)保護(hù)，當(dāng)性能參數(shù)超過臨界值或控制設(shè)備故障時通過切斷燃料氣源停機(jī)，并發(fā)出停機(jī)信號；
        ◆電源系統(tǒng)：主要控制主電源對大功率蓄電池、緊急事故油泵的充電、供電，保證其穩(wěn)定可靠工作；
        ◆系統(tǒng)診斷報警：對機(jī)組性能參數(shù)、控制系統(tǒng)硬件故障進(jìn)行送電、在線、離線自診斷檢查測試并輸出結(jié)果。
        燃?xì)廨啓C(jī)MARK V控制系統(tǒng)技術(shù)核心是由多臺微處理器進(jìn)行智能化控制，采用大規(guī)模集成電路，系統(tǒng)模塊化，大大提高了控制系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。其控制系統(tǒng)實現(xiàn)了模塊化三倍冗余，它有四個微處理器〈R〉、〈S〉、〈T〉和〈C〉，從現(xiàn)場輸入的信號進(jìn)入〈R〉、〈S〉、〈T〉和〈C〉控制器，在〈R〉、〈S〉、〈T〉控制器內(nèi)進(jìn)行冗余冗錯表決，判斷決定是否發(fā)出停車信號。〈C〉控制器與〈R〉、〈S〉、〈T〉控制器之間進(jìn)行不間斷的信息交換，其主要收集顯示實時數(shù)據(jù)，維持報警緩沖器發(fā)出的診斷數(shù)據(jù)，完成非關(guān)鍵信號的輸入輸出，并通過級間鏈與操作站保持通訊?！碈〉控制器監(jiān)視其他處理器傳出的三組變量，并進(jìn)行對比，如果有任何的不一致，〈C〉控制器就發(fā)出報警，提醒操作人員注意和進(jìn)行維護(hù)。如現(xiàn)場有一個傳感器故障，則其輸出值與另外二個傳感器輸出值不一致，則在〈R〉、〈S〉、〈T〉控制器內(nèi)其值被表決隔離，同時〈C〉控制器診斷出傳感器或與其直接有關(guān)的零部件故障，并發(fā)出報警。

                                             MARK V控制系統(tǒng)邏輯圖
       （2）系統(tǒng)特點
        ◆友好的人機(jī)接口和界面，具有操作提示功能，方便操作和維護(hù)；
        ◆在線實時監(jiān)測機(jī)組運行性能參數(shù)，具有豐富的監(jiān)視畫面，歷史趨勢記錄功能，畫面更新時間T<1S;
        ◆大容量，強(qiáng)有力的冗錯控制機(jī)能，具有控制算法、數(shù)據(jù)算法、邏輯算法等以及通訊功能；可與PC機(jī)、PLC、DCS、等控制系統(tǒng)通訊；
        ◆系統(tǒng)具有對所有的設(shè)備及部件進(jìn)行故障檢測診斷功能。發(fā)生故障即可通過操作終端聲光報警和打印，提示操作維護(hù)人員，并指出故障的位置和性質(zhì)。
       （3）應(yīng)用情況
        三氣廠燃?xì)廨啓C(jī)控制系統(tǒng)MARK V于2002年技改投用后，能在線對機(jī)組運行狀況進(jìn)行檢測，并以友好的用戶界面給出機(jī)組各個部位的運行狀況或異常情況，提供一個直觀、方便的檢測維護(hù)手段，同時它還可以對機(jī)組運行期間的故障信號及時記錄、鎖定，并進(jìn)行在線打印，這不僅提高了故障的預(yù)見性，而且大大降低了故障排除的難度，對一些故障可以實現(xiàn)不停機(jī)進(jìn)行處理，增強(qiáng)了對設(shè)備運行維護(hù)能力。系統(tǒng)的高可靠性、高穩(wěn)定性、以及故障診斷性，都提高了機(jī)組平穩(wěn)運行時間，給工廠帶來了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。
         2、MMDS2000系統(tǒng)
       （1）系統(tǒng)介紹
        在設(shè)備運行過程中，伴隨故障必然產(chǎn)生振動、噪聲、溫度、壓力等物理參數(shù)的變化，通過對這些信號進(jìn)行幅域、頻域、時域等分析，產(chǎn)生特征信息參數(shù)，再運用模糊診斷技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)診斷技術(shù)獲得診斷結(jié)論、原因分析、故障概率、建議措施等內(nèi)容，MMDS2000就是基于此為設(shè)備的平穩(wěn)運行提供可靠的保證的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)。
       （2）系統(tǒng)特點
        其具有以下幾個系統(tǒng)：
        ①智能信息采集系統(tǒng)：根據(jù)機(jī)組運行的狀態(tài)，采用智能化同步整周期采集機(jī)組振動、溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等穩(wěn)態(tài)信號以及開停機(jī)過程的瞬態(tài)信號，并根據(jù)不同狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、報警設(shè)置、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，采集站對現(xiàn)場數(shù)據(jù)處理后以報表格式送入上層網(wǎng)絡(luò)。
        ②智能在線監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)：智能在線監(jiān)測預(yù)報系統(tǒng)每天24小時連續(xù)不斷對局域網(wǎng)內(nèi)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測，主要監(jiān)測參數(shù)包括振動、溫度、壓力、流量、間隙電壓、轉(zhuǎn)速等，根據(jù)機(jī)組所出現(xiàn)的不同狀態(tài)，進(jìn)行聲、光報警，凍結(jié)數(shù)據(jù)，實時預(yù)報機(jī)組在未來時刻所處的狀態(tài)，為我廠設(shè)備管理、維護(hù)提供理論依據(jù)。
        ③信號分析與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)處理與信號分析系統(tǒng)根據(jù)機(jī)組不同狀態(tài)下的不同數(shù)據(jù)類型，從網(wǎng)絡(luò)、硬盤或軟盤上獲取分析數(shù)據(jù)，按不同情況采取數(shù)據(jù)融合和時頻分析等新技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)分析，從時域、頻域、到頻域、副位域等多角度提供直觀圖譜，并將分析結(jié)論及特征參量送入診斷專家系統(tǒng)，為分析診斷設(shè)備狀態(tài)提供豐富的信息。
        ④智能故障診斷專家系統(tǒng)：
        智能故障診斷專家系統(tǒng)具有豐富的故障診斷知識。應(yīng)用人工智能技術(shù)，以人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊和規(guī)則推理，得出機(jī)組的故障原因，并在運行過程中應(yīng)用知識工程不斷積累故障經(jīng)驗來豐富知識庫，提供故障發(fā)生原因及治理措施，實現(xiàn)操作開環(huán)控制，其結(jié)構(gòu)圖如下：

        其主要特點有：
        推理方式：人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)+模糊+規(guī)則的正反混合推理
        診斷方式：脫機(jī)全自動診斷和機(jī)人機(jī)交互診斷。
        知識積累：故障歷自動存儲本機(jī)組群發(fā)生的故障信號和故障種類，積累故障經(jīng)驗，豐富故障知識庫，提高故障診斷確診率。
        學(xué)習(xí)方式：規(guī)則學(xué)習(xí)和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)。
        診斷結(jié)果
        •故障種類：轉(zhuǎn)子不平衡、轉(zhuǎn)子彎曲、探頭失效、轉(zhuǎn)子不對中﹑密封動力失穩(wěn)﹑喘振等十六常見故障。
        •故障原因：計制造﹑安裝維修﹑運行操作﹑機(jī)器劣化等。
        治理措施：根據(jù)不同故障提供現(xiàn)場治理措施。
        ⑤網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng): 以計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)與現(xiàn)代通訊技術(shù)為基礎(chǔ)，將工業(yè)現(xiàn)場分布式監(jiān)測診斷系統(tǒng)與診斷中心進(jìn)行通訊，獲得現(xiàn)場設(shè)備狀態(tài)參數(shù)信息，由中心信號分析系統(tǒng)和故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，也可由專家會診，提出解決問題的方案，并把診斷結(jié)果及治理措施通過網(wǎng)絡(luò)送回現(xiàn)場，供操作和維護(hù)人員參考。通過故障事例知識和經(jīng)驗的逐步積累，完善診斷數(shù)據(jù)庫，達(dá)到促進(jìn)故障預(yù)警指導(dǎo)維修的目的。
        （2）應(yīng)用情況
        系統(tǒng)投入運行以來，很好的對三大機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測診斷，由于其運用了多種功能系統(tǒng)，特別是智能故障專家診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，能對一些潛在的故障進(jìn)行判斷，從而節(jié)約了故障排除時間，防止了危害的擴(kuò)大。至今為止，已經(jīng)避免了不必要的停機(jī)維修12次，為工廠節(jié)約了大量的資金。2001年三氣廠停機(jī)次數(shù)下降為49次，為歷年來停機(jī)次數(shù)最低的年份，該系統(tǒng)發(fā)揮了極其重要的作用。
        根據(jù)機(jī)組運行統(tǒng)計，采用在線監(jiān)測及故障診斷技術(shù)以后，故障率可減少35％，維修費用降低10％～20％，每年可為工廠節(jié)支增效345.92萬元，保證整套氣體處理裝置的平穩(wěn)運行。隨著此系統(tǒng)的應(yīng)用日漸成熟，我廠以從2001年開始探索裝置由一年二檢修向三年二檢修過渡。
                                 
                                                             典型事例介紹
        事例1、2001年4月8日，MARK V 控制系統(tǒng)發(fā)出報警：滑油匯管低壓報警，但尚未超低壓跳閘，維修人員收到報警后，立即查看了操作畫面上的滑油匯管壓力測量值，發(fā)現(xiàn)壓力正常，隨即到現(xiàn)場查看場壓力表指，示顯示正常。分析后得出結(jié)論：現(xiàn)場壓力開關(guān)誤動作，不需要停機(jī)檢修。經(jīng)進(jìn)一步調(diào)查發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場三冗余的壓力開關(guān)之一觸點松動，接觸不良造成誤報警。緊固后故障排除。這次事件充分證明了在三冗余系統(tǒng)中，當(dāng)其中一個傳感器發(fā)生故障時，其輸入值被微處理器確認(rèn)、對比后，認(rèn)為是假信號不反映機(jī)組真實運行狀態(tài)，機(jī)組仍可正常運行，維修人員可視具體情況進(jìn)一步確認(rèn)，并及時加以處理。
        事例2、2001年10月9日上午10點鐘，丙烷壓縮機(jī)振動監(jiān)測儀表XE-0357通道出現(xiàn)危險報警，但還未達(dá)到停機(jī)值，是否需要立即停機(jī)進(jìn)行檢查維修？通過在線監(jiān)測及分析診斷，結(jié)論為：存在虛假信號，本報警很可能是誤報警。經(jīng)分析后，我們決定在不停機(jī)的情況下解決問題，技術(shù)人員通過檢查線路，發(fā)現(xiàn)一處接線端子處理后報警隨即消除。這說明接線端子的松動使監(jiān)測通道引入了假信號，是導(dǎo)致誤報警的直接原因，通過使用該診斷系統(tǒng)又避免了一次不必要的停機(jī)。
        以上的介紹及其典型事例，很好的說明了采用在線監(jiān)測及診斷系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)組故障進(jìn)行早期的預(yù)報、識別，防患與未然，做到預(yù)知維修，保證設(shè)備安全、穩(wěn)定、長周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)運行，并且減少了維修費用。對工廠運行以及新形勢下我們加強(qiáng)設(shè)備管理工作都是一種新的嘗試，并且逐漸發(fā)揮著重要的作用！