摘   要  介紹了狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的特點(diǎn)及在LPG裝置中的應(yīng)用情況，狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)提高了裝置三大機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性，可對(duì)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(yùn)行。同時(shí)，由于對(duì)機(jī)組故障可提前進(jìn)行預(yù)報(bào)和分析處理，也降低了維護(hù)費(fèi)用，提高了裝置的運(yùn)行效率，具有推廣使用價(jià)值。
        關(guān)鍵詞  狀態(tài)監(jiān)測(cè)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(guó)、英國(guó)、美國(guó)和日本等國(guó)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(dòng)化程度高且無(wú)備用機(jī)組，流程介質(zhì)高溫、低溫、高壓且易燃易爆等特點(diǎn)，因此，對(duì)裝置運(yùn)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(guò)程中由于運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)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(duì)我廠裝置的情況，在關(guān)鍵重點(diǎn)設(shè)備上應(yīng)用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障針對(duì)技術(shù)^〔1〕也是我廠實(shí)施設(shè)備綜合管理的一項(xiàng)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(guò)程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常運(yùn)轉(zhuǎn)，掌握溫度、振動(dòng)、噪聲、潤(rùn)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(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。按比喻的說(shuō)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(cè)”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(cè)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(duì)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(huì)效益發(fā)揮其重要性不可缺少的手段。通過(guò)這幾年的應(yīng)用，這方面我們也積累了一些經(jīng)驗(yàn)，取得一些成效。
        應(yīng) 用 情 況
        我廠的三氣廠^〔2〕由德國(guó)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(guó)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(wàn)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(dòng)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(yùn)行狀況，直接決定了工廠安全、平穩(wěn)運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)效益。
        目前，三氣廠的三大機(jī)組已運(yùn)行了14年，無(wú)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(jì)，1997年三大機(jī)組停機(jī)73次，時(shí)間累計(jì)185小時(shí)，直接損失達(dá)400萬(wàn)元，1998年停機(jī)78次，時(shí)間累計(jì)196小時(shí)，損失450萬(wàn)元，到1999年停機(jī)則達(dá)到85次，時(shí)間累計(jì)213小時(shí)，損失460萬(wàn)元。從統(tǒng)計(jì)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(fèi)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(bào)、機(jī)械故障等，僅僅依靠操作及維護(hù)人員的經(jīng)驗(yàn)分析判斷，是完全不夠的，另外也是不及時(shí)和不準(zhǔn)確的。例如1995年6月因?yàn)榭刂葡到y(tǒng)的問(wèn)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(yùn)行，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化設(shè)備管理，在綜合考察國(guó)內(nèi)外燃機(jī)控制技術(shù)和在線監(jiān)測(cè)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(cè)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(gè)系統(tǒng)分為五個(gè)功能子系統(tǒng)
        ◆主控制系統(tǒng)：?jiǎn)?dòng)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(dòng)、運(yùn)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(dòng)保護(hù)以及潤(rùn)滑油等輔助系統(tǒng)保護(hù)，當(dāng)性能參數(shù)超過(guò)臨界值或控制設(shè)備故障時(shí)通過(guò)切斷燃料氣源停機(jī)，并發(fā)出停機(jī)信號(hào)；
        ◆電源系統(tǒng)：主要控制主電源對(duì)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(bào)警：對(duì)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(cè)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(tái)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(shí)現(xiàn)了模塊化三倍冗余，它有四個(gè)微處理器〈R〉、〈S〉、〈T〉和〈C〉，從現(xiàn)場(chǎng)輸入的信號(hào)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(cuò)表決，判斷決定是否發(fā)出停車信號(hào)。〈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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，維持報(bào)警緩沖器發(fā)出的診斷數(shù)據(jù)，完成非關(guān)鍵信號(hào)的輸入輸出，并通過(guò)級(jí)間鏈與操作站保持通訊。〈C〉控制器監(jiān)視其他處理器傳出的三組變量，并進(jìn)行對(duì)比，如果有任何的不一致，〈C〉控制器就發(fā)出報(bào)警，提醒操作人員注意和進(jìn)行維護(hù)。如現(xiàn)場(chǎng)有一個(gè)傳感器故障，則其輸出值與另外二個(gè)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(shí)〈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(bào)警。

                                             MARK V控制系統(tǒng)邏輯圖
       （2）系統(tǒng)特點(diǎn)
        ◆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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組運(yùn)行性能參數(shù)，具有豐富的監(jiān)視畫面，歷史趨勢(shì)記錄功能，畫面更新時(shí)間T<1S;
        ◆大容量，強(qiáng)有力的冗錯(cuò)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(duì)所有的設(shè)備及部件進(jìn)行故障檢測(cè)診斷功能。發(fā)生故障即可通過(guò)操作終端聲光報(bào)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(duì)機(jī)組運(yùn)行狀況進(jìn)行檢測(cè)，并以友好的用戶界面給出機(jī)組各個(gè)部位的運(yùn)行狀況或異常情況，提供一個(gè)直觀、方便的檢測(cè)維護(hù)手段，同時(shí)它還可以對(duì)機(jī)組運(yùn)行期間的故障信號(hào)及時(shí)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(duì)一些故障可以實(shí)現(xiàn)不停機(jī)進(jìn)行處理，增強(qiáng)了對(duì)設(shè)備運(yùn)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(yùn)行時(shí)間，給工廠帶來(lái)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(yùn)行過(guò)程中，伴隨故障必然產(chǎn)生振動(dòng)、噪聲、溫度、壓力等物理參數(shù)的變化，通過(guò)對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行幅域、頻域、時(shí)域等分析，產(chǎn)生特征信息參數(shù)，再運(yùn)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(yùn)行提供可靠的保證的狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。
       （2）系統(tǒng)特點(diǎn)
        其具有以下幾個(gè)系統(tǒng)：
        ①智能信息采集系統(tǒng)：根據(jù)機(jī)組運(yùn)行的狀態(tài)，采用智能化同步整周期采集機(jī)組振動(dòng)、溫度、壓力、流量、轉(zhuǎn)速等穩(wěn)態(tài)信號(hào)以及開停機(jī)過(guò)程的瞬態(tài)信號(hào)，并根據(jù)不同狀態(tài)進(jìn)行數(shù)據(jù)分類、報(bào)警設(shè)置、數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，采集站?duì)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)處理后以報(bào)表格式送入上層網(wǎng)絡(luò)。
        ②智能在線監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)：智能在線監(jiān)測(cè)預(yù)報(bào)系統(tǒng)每天24小時(shí)連續(xù)不斷對(duì)局域網(wǎng)內(nèi)機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)參數(shù)包括振動(dòng)、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(bào)警，凍結(jié)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)機(jī)組在未來(lái)時(shí)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(hào)分析與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)：數(shù)據(jù)處理與信號(hào)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(shí)頻分析等新技術(shù)進(jìn)行穩(wěn)態(tài)或瞬態(tài)分析，從時(shí)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(shí)。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(yùn)行過(guò)程中應(yīng)用知識(shí)工程不斷積累故障經(jīng)驗(yàn)來(lái)豐富知識(shí)庫(kù)，提供故障發(fā)生原因及治理措施，實(shí)現(xiàn)操作開環(huán)控制，其結(jié)構(gòu)圖如下：

        其主要特點(diǎn)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(dòng)診斷和機(jī)人機(jī)交互診斷。
        知識(shí)積累：故障歷自動(dòng)存儲(chǔ)本機(jī)組群發(fā)生的故障信號(hào)和故障種類，積累故障經(jīng)驗(yàn)，豐富故障知識(shí)庫(kù)，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(duì)中﹑密封動(dòng)力失穩(wěn)﹑喘振等十六常見故障。
        •故障原因：計(jì)制造﹑安裝維修﹑運(yùn)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(chǎng)治理措施。
        ⑤網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng): 以計(jì)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(chǎng)分布式監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)與診斷中心進(jìn)行通訊，獲得現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)信息，由中心信號(hào)分析系統(tǒng)和故障診斷專家系統(tǒng)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷，也可由專家會(huì)診，提出解決問(wèn)題的方案，并把診斷結(jié)果及治理措施通過(guò)網(wǎng)絡(luò)送回現(xiàn)場(chǎng)，供操作和維護(hù)人員參考。通過(guò)故障事例知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)的逐步積累，完善診斷數(shù)據(jù)庫(kù)，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(yùn)行以來(lái)，很好的對(duì)三大機(jī)組進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷，由于其運(yùn)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(duì)一些潛在的故障進(jìn)行判斷，從而節(jié)約了故障排除時(shí)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(lái)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(yùn)行統(tǒng)計(jì)，采用在線監(jiān)測(cè)及故障診斷技術(shù)以后，故障率可減少35％，維修費(fèi)用降低10％～20％，每年可為工廠節(jié)支增效345.92萬(wàn)元，保證整套氣體處理裝置的平穩(wěn)運(yùn)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(guò)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(bào)警：滑油匯管低壓報(bào)警，但尚未超低壓跳閘，維修人員收到報(bào)警后，立即查看了操作畫面上的滑油匯管壓力測(cè)量值，發(fā)現(xiàn)壓力正常，隨即到現(xiàn)場(chǎng)查看場(chǎng)壓力表指，示顯示正常。分析后得出結(jié)論：現(xiàn)場(chǎng)壓力開關(guān)誤動(dòng)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(chǎng)三冗余的壓力開關(guān)之一觸點(diǎn)松動(dòng)，接觸不良造成誤報(bào)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(gè)傳感器發(fā)生故障時(shí)，其輸入值被微處理器確認(rèn)、對(duì)比后，認(rèn)為是假信號(hào)不反映機(jī)組真實(shí)運(yùn)行狀態(tài)，機(jī)組仍可正常運(yùn)行，維修人員可視具體情況進(jìn)一步確認(rèn)，并及時(shí)加以處理。
        事例2、2001年10月9日上午10點(diǎn)鐘，丙烷壓縮機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀表XE-0357通道出現(xiàn)危險(xiǎn)報(bào)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(guò)在線監(jiān)測(cè)及分析診斷，結(jié)論為：存在虛假信號(hào)，本報(bào)警很可能是誤報(bào)警。經(jīng)分析后，我們決定在不停機(jī)的情況下解決問(wèn)題，技術(shù)人員通過(guò)檢查線路，發(fā)現(xiàn)一處接線端子處理后報(bào)警隨即消除。這說(shuō)明接線端子的松動(dòng)使監(jiān)測(cè)通道引入了假信號(hào)，是導(dǎo)致誤報(bào)警的直接原因，通過(guò)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(shuō)明了采用在線監(jiān)測(cè)及診斷系統(tǒng)能夠?qū)C(jī)組故障進(jìn)行早期的預(yù)報(bào)、識(shí)別，防患與未然，做到預(yù)知維修，保證設(shè)備安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)周期、滿負(fù)荷、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行，并且減少了維修費(fèi)用。對(duì)工廠運(yùn)行以及新形勢(shì)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！