机泵状态监测记录（高温机泵群在线状态监测系统应用--沈鼓云SG2000应用）

机泵状态监测记录（高温机泵群在线状态监测系统应用--沈鼓云SG2000应用）2.1 技术要求及目标2 无线状态监测技术SG2000介绍1 引言炼化企业高温机泵通常输送介质为高温、易燃油气，工况恶劣，属于故障多发设备，在生产流程中亦起重要作用。高温机泵运转的好坏关系到企业安全生产，对企业经济效益有着直接影响。为避免发生事故，确保安全生产，对高温机泵状态监测管理是炼化企业设备管理一项重要工作。目前大部分企业还停留在离线监测、人工巡检、定期与计划性维修阶段。针对这些小型关键旋转设备提供一种机泵群状态在线监测系统，能定时采集机泵的振动及温度信息，自动对机泵运行状态优劣进行统计分析，在移动终端和PC端上显示机泵的当前运行状态、历史运行数据及报警推送并分析，实现机泵群状态在线监测管理， 便于及时发现故障并做出处理，确保企业安全生产。基于机泵设备运行状态变化，在线状态监测诊断提前预知设备故障，实时监控故障劣化趋势，将临时或计划检修转变成预知性维修，为检修争取时间，减少非计划停机

高温机泵群在线状态监测系统应用

莫秋有

（中国石化北海炼化有限责任公司， 广西 北海 536016）

[摘 要] 随着物联网、大数据等计算机网络技术的发展及工业应用，利用MEMS（微机电）技术在线采集机泵设备运行状态参数，通过云端服务器对监测数据进行存储管理，可实行移动端APP推送监测状态数据、预警及分析，实时监控设备运行状态。利用信息技术对机泵实施智能化、数字化管控，将设备维修从计划维修、故障维修逐步过渡到预知维修，实现设备全寿命周期管理。

1 引言

炼化企业高温机泵通常输送介质为高温、易燃油气，工况恶劣，属于故障多发设备，在生产流程中亦起重要作用。高温机泵运转的好坏关系到企业安全生产，对企业经济效益有着直接影响。为避免发生事故，确保安全生产，对高温机泵状态监测管理是炼化企业设备管理一项重要工作。目前大部分企业还停留在离线监测、人工巡检、定期与计划性维修阶段。针对这些小型关键旋转设备提供一种机泵群状态在线监测系统，能定时采集机泵的振动及温度信息，自动对机泵运行状态优劣进行统计分析，在移动终端和PC端上显示机泵的当前运行状态、历史运行数据及报警推送并分析，实现机泵群状态在线监测管理， 便于及时发现故障并做出处理，确保企业安全生产。

基于机泵设备运行状态变化，在线状态监测诊断提前预知设备故障，实时监控故障劣化趋势，将临时或计划检修转变成预知性维修，为检修争取时间，减少非计划停机；同时利用在线状态监测结合精密仪器数据进行专业分析，精准定位故障、分析故障根因，为设备检修决策提供依据。

2 无线状态监测技术SG2000介绍

2.1 技术要求及目标

沈鼓云SG2000机泵群无线状态监测系统由沈鼓测控技术有限公司开发，应用先进的MEMS（微机电）和物联网技术，实现了在炼油装置主要高温油泵在线状态监测，同时通过机泵运行状态趋势变化分析，系统可自动对机泵运行状况进行A、B、C、D四个区分类和统计，对机泵运行状态一目了然，检维修人员可对C、D区设备做好重点监控和检修准备，极大地提高了设备管理信息化水平；同时通过高温机泵群监测系统应用， 减少现场人员的巡检次数，针对有问题的机泵进行重点巡检，提高生产效率，降低人员成本。无线状态监测技术首先要求采集数据真实准确、采集数据量大，现场安装便捷，满足长期稳定可靠运行，日常维护工作量少。无线状态监测技术应用目标利用信息技术实现机泵智能化、数字化管控，实现设备维修从计划维修、故障维修逐步过渡到预知维修，实现设备全寿命周期管理。

2.2 系统组成及功能

SG2000系统由智能无线传感器、智能无线网关、云服务器三部分组成。智能无线传感器通过钻孔、磁座、胶粘等安装方式安装于轴承箱壳体外部，每个智能无线传感器通过LoRa的私有协议将数据传输至智能无线网关设备，再通过智能无线网关内置4G信号将数据上传至云服务器，通过手机端、PC端对现场高温机泵群状态监测系统数据进行浏览及管理。其中智能无线传感器、智能无线网关、云服务器是高温机泵群状态监测系统的核心技术部分；智能无线网关的功能接收所有智能无线传感器无线传输数据，并将数据传输至云服务器；云服务器负责接收、存储、备份智能无线网关上传的数据，管理状态监测数据库，向Internet上的浏览站或手机APP发布状态监测数据。

（1） 智能无线传感器：传感器由内置电池、无线发射模块、采集模块三部分组成。

（2） 无线网关：采用防爆型网关设计，无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，整个系统具有较高的实用性和稳定性。由无线数据收发节点控制，协议转换等模块组成， 负责采集各传感器数据并上传至中心服务器。网关可以组成庞大的无线星型网络，支持对多达100 个传感器节点同时进行大规模、分散式的机泵群状态监测。向上通过4G方式与中心服务器相连， 向下通过基于LoRa的私有无线通讯协议与传感器相连，进而控制网关下所有传感器的配置和采集。

（3） 云服务器接收、存储、备份网关上传的数据；管理状态监测数据库；向Internet上的浏览站发布状态监测数据。服务器的设置信息可以导出到文件中备份，机组数据根据磁盘阵列RAID1 备份策略，任一硬盘故障时，仍可保证正常数据存储和读取，按照不同的网关GW201不同的振动通道保存在不同的数据表内。云服务器部署在沈鼓云服务平台上，用户随时通过Internet相应权限查看。

2.3 技术特点

SG2000系统通过无线传感器监测旋转设备运行状态，用一个无线传感器实现了监测水平、垂直、轴向三个方向的振动值及该位置的温度， 大量数据通过无线信号上传到云端服务器进行统计分析，手机或计算机都可以很方便地查看各种参数的当前值、历史趋势、报警及频谱图，系统自动对机泵的状况进行ABCD四个区进行分类和统计。智能无线传感器是主要技术核心，是一种新型的数据采集系统，内置无线发射天线，基于LoRa的私有协议，可以自组织形成星型网络拓扑结构；根据现场通讯条件，智能自适应波特率及数据传输间隔，可视通讯距离2km，在无明显阻挡情况下工厂实际使用距离可达500m。

高温机泵群状态监测系统采用典型的基于物联网的三层架构设计，依次是感知层、传输层和应用层。感知层：感知层主要解决物理世界的数据获取问题，是物联网发展和应用的基础，其关键技术包括检测技术、长距离、低功耗无线通信技术等。智能无线传感器是高温机泵群状态监测系统的感知层，它负责监测数据的采集，可测量水平、垂直、轴向三个方向的速度有效值、加速度有效值和峰值及该位置的温度共十个参数。传输层：传输层主要解决感知层获取的数据传输问题，它是感知层与应用层的桥梁，是在感知层通信网络与互联网移动通信网络基础上建立起来的，实现感知网与通信网的结合，实现数据的长距离传输。智能无线网关是高温机泵群状态监测系统的传输层，它采用防爆型网关设计，使用简单方便，无线数字信号传输方式消除了长电缆传输带来的噪声干扰，整个系统具有较高的实用性和稳定性，可以组成庞大的无线星型网络，支持对多达100个传感器节点同时进行大规模、分散式的机泵群状态监测。

3 无线状态监测系统应用

3.1 高温机泵群无线状态监测实施

根据公司高温机泵群状态监测的需求，在全厂7套装置选择58台高温油泵安装了69个智能无线传感器，单支承悬臂泵在轴承箱上安装一个传感器，双支承泵前后轴承箱各装一个传感器，现场施工主要工作量为传感器安装，通过现场多次试用评估传感器安装选择磁座加强力胶方式，传感器通过螺丝与磁座或基座连接，再将安装有磁座或基座的传感器吸附、胶粘在待测位置，在全厂布置了4个网关，网关安装在机柜间房顶。结合智能无线传感器特点和对机泵状态监测频次要求， 设定采集间隔30分钟/次对水平、垂直、轴向振动速度值和温度4组数据采集，每天一组波形频谱图传输，要求传感器电池寿命满足使用3年以上。高温机泵群状态监测SG2000系统投用后，公司所有设备管理人员及维保相关人员手机安装沈鼓云“因思工业服务”监控软件，实现了对高温机泵运行状态实时监控，通过建立公司机泵状态监测微信群，及时发布现场处理信息，形成闭环管理流程。

图2 无线状态监测传感器及网关现场安装

图3 高温机泵群SG2000系统手机监控界面

3.2 典型案例分析

案例一：柴加精制柴油泵P201B轴承烧损故障分析

5月1日21:40分柴加精制柴油泵P201B泵振动高导致密封泄漏，停泵拆检发现轴承烧损，事后通过SG2000系统监测历史数据分析，5月1日13:30 之前泵运行监测数据较平稳，13:38非驱动端轴承振动，温度短时间达到高报，之后振动温度又降至高报以下运行，15:08振动再次异常上升，温度约30分钟后再次高报，15:39驱动端振动上升高报，轴承温度到20:00后急剧上升，21:40密封油罐压力低报警，外操发现密封泄漏停泵。拆检发现驱动端、非驱动端轴承严重磨损、轴也磨损， 通过监测数据及拆检情况分析非驱动端轴承先失效，失效原因为泵运行状况较恶劣，精制油流程改造后泵出口压力升高轴向力增大，非驱动端轴承箱结垢冷却效果差润滑不良，经查询轴承已使用超过4年，非驱动端轴承磨损振动加剧，导致驱动端轴承后失效。通过SG2000系统监测历史趋势还原了这台泵轴承磨损前运行状态，吸取教训， 采取措施对轴承使用超过3年的机泵进行重点监控，合理安排检修，同时SG2000系统增加完善了手机报警推送功能

图4 柴加精制柴油泵P201B在线状态监测趋势图

案例二：原料预处理P115A振动高故障分析处理

通过SG2000系统监测，原料预处理P115A检修后振动增大，通过振动趋势和频谱图分析，频谱图以一倍频为主，离线监测靠近驱动端部位垂直V向振动较高，经分析振动高原因为检修轴承箱冷却风扇安装不当，影响转子动平衡，轴承箱垂直方向支撑刚度不够，通过检修及时解决了问题。

图5 原料预处理P115A状态监测趋势及频谱图

案例三：原料预处理泵P111A停泵后轴承箱温度异常高分析P111A停机后轴承箱温度监测高报，正常运行60℃左右，停机后达到近80℃，查找发现泵停运后预热线开度过大，泵体热传导温度高，泵轴承箱设计由风扇冷却，运行时风扇转动可以起到降温作用，停泵后风扇停转，轴承箱散热状况变差温度升高，日常管理中很少对备用泵进行监测，通过在线监测我们加强了对高温油泵的预热备用管理。

3.3 发现问题及处理

（1）初始安装调试阶段，部分智能无线传感器振动监测速度精度不能满足5%±0.2mm/s技术要求，在现场安装后发现振动监测速度值比实际偏高，通过SKF精密频谱分析仪比对分析发现存在低频干扰，原来设定频率范围2～1000Hz，鉴于高温泵转速在近3000r/min，修改频率范围为10～1000Hz，消除低频干扰后，监测精度满足要求，但对于低转速设备监测精度会降低。叶片偏心、转子相对于蜗壳的位置不当、叶片与蜗壳的设计选型不当等因素有关，该问题的长期存在将使叶片产生较大的偏心力，从而引起轴承的偏载，加大轴承的磨损与轴承温度的升高，进而造成轴承非正常摩擦、疲劳脱落、游隙变大、内外圈跑圈等故障，基于问题的复杂，建议先加强平稳操作，重点监控，收集装置改造后操作参数重新对泵设计选型，采取更新措施消除设备隐患。

（2）智能无线传感器设计为免维护型，传感器不能维修，电池耗尽不能单独换电池，需要更换新的传感器，设计寿命为3年，但实际上在高温泵安装后受高温环境影响，电池消耗较快，在高温泵体热辐射或通过探头热传导达到70℃以上，电池消耗明显加快，针对此问题需技术攻关解决或通过改型传感器内置电池为可拆卸更换结构。

（3）发现状态监测系统偶尔存在个别机泵监测数据丢失，智能无线传感器通过采集、无线发射网关、数据传输至云服务器存储管理，通过Internet浏览查看，经分析为采集数据发射网关时接收失败，采取增加网关覆盖，避免数据丢失，但仍需要进一步验证。

（ 4 ）根据实际应用完善“因思工业服务”SG2000系统报警查看、报警消除等人性化操作界面，增加手机预警消息推送功能。（5）智能无线传感器因机泵检修拆除后再回装，发现监测数值不准，因一个传感器同时监测X轴向、Y水平、V垂直三个方向振动数据，它们通过传感器安装角度换算得出，检修拆装传感器时要记录安装角度，安装角度变化需要在系统中重新设定。

4 结语

为实践设备维修从计划维修、故障维修逐步过渡到预知维修，实现设备全寿命周期管理，设备诊断技术作为维修制度改革的技术基础，它在避免设备事故，减少非计划停工，缩短故障停机时间，优化生产操作，降低维修费用等方面具有非常重要的作用。SG2000系统采用先进的物联网技术，把智能无线传感器、高温机泵、设备管理人员等通过新的方式联在一起，形成人与物、物与物相联，实现信息化、远程管理监测关键设备运行状态，利用信息技术实现了机泵智能化、数字化管控。SG2000系统在高温机泵群应用也暴露了个别技术问题，需要厂家继续研发改进。

收稿日期：2018-11-22；修回日期：2018-12-24

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