（中國石化北海煉化有限責任公司， 廣西 北海 536016）[摘 要] 隨著物聯網、大數據等計算機網絡技術的發展及工業應用，利用MEMS（微機電）技術在線采集機泵設備運行狀態參數，通過云端服務器對監測數據進行存儲管理，可實行移動端APP推送監測狀態數據、預警及分析，實時監控設備運行狀態。利用信息技術對機泵實施智能化、數字化管控，將設備維修從計劃維修、故障維修逐步過渡到預知維修，實現設備全壽命周期管理。煉化企業高溫機泵通常輸送介質為高溫、易燃油氣，工況惡劣，屬于故障多發設備，在生產流程中亦起重要作用。高溫機泵運轉的好壞關系到企業安全生產，對企業經濟效益有著直接影響。為避免發生事故，確保安全生產，對高溫機泵狀態監測管理是煉化企業設備管理一項重要工作。目前大部分企業還停留在離線監測、人工巡檢、定期與計劃性維修階段。針對這些小型關鍵旋轉設備提供一種機泵群狀態在線監測系統，能定時采集機泵的振動及溫度信息，自動對機泵運行狀態優劣進行統計分析，在移動終端和PC端上顯示機泵的當前運行狀態、歷史運行數據及報警推送并分析，實現機泵群狀態在線監測管理， 便于及時發現故障并做出處理，確保企業安全生產。基于機泵設備運行狀態變化，在線狀態監測診斷提前預知設備故障，實時監控故障劣化趨勢，將臨時或計劃檢修轉變成預知性維修，為檢修爭取時間，減少非計劃停機；同時利用在線狀態監測結合精密儀器數據進行專業分析，精準定位故障、分析故障根因，為設備檢修決策提供依據。沈鼓云SG2000機泵群無線狀態監測系統由沈鼓測控技術有限公司開發，應用先進的MEMS（微機電）和物聯網技術，實現了在煉油裝置主要高溫油泵在線狀態監測，同時通過機泵運行狀態趨勢變化分析，系統可自動對機泵運行狀況進行A、B、C、D四個區分類和統計，對機泵運行狀態一目了然，檢維修人員可對C、D區設備做好重點監控和檢修準備，極大地提高了設備管理信息化水平；同時通過高溫機泵群監測系統應用， 減少現場人員的巡檢次數，針對有問題的機泵進行重點巡檢，提高生產效率，降低人員成本。無線狀態監測技術首先要求采集數據真實準確、采集數據量大，現場安裝便捷，滿足長期穩定可靠運行，日常維護工作量少。無線狀態監測技術應用目標利用信息技術實現機泵智能化、數字化管控，實現設備維修從計劃維修、故障維修逐步過渡到預知維修，實現設備全壽命周期管理。SG2000系統由智能無線傳感器、智能無線網關、云服務器三部分組成。智能無線傳感器通過鉆孔、磁座、膠粘等安裝方式安裝于軸承箱殼體外部，每個智能無線傳感器通過LoRa的私有協議將數據傳輸至智能無線網關設備，再通過智能無線網關內置4G信號將數據上傳至云服務器，通過手機端、PC端對現場高溫機泵群狀態監測系統數據進行瀏覽及管理。其中智能無線傳感器、智能無線網關、云服務器是高溫機泵群狀態監測系統的核心技術部分；智能無線網關的功能接收所有智能無線傳感器無線傳輸數據，并將數據傳輸至云服務器；云服務器負責接收、存儲、備份智能無線網關上傳的數據，管理狀態監測數據庫，向Internet上的瀏覽站或手機APP發布狀態監測數據。（1） 智能無線傳感器：傳感器由內置電池、無線發射模塊、采集模塊三部分組成。（2） 無線網關：采用防爆型網關設計，無線數字信號傳輸方式消除了長電纜傳輸帶來的噪聲干擾，整個系統具有較高的實用性和穩定性。由無線數據收發節點控制，協議轉換等模塊組成， 負責采集各傳感器數據并上傳至中心服務器。網關可以組成龐大的無線星型網絡，支持對多達100 個傳感器節點同時進行大規模、分散式的機泵群狀態監測。向上通過4G方式與中心服務器相連， 向下通過基于LoRa的私有無線通訊協議與傳感器相連，進而控制網關下所有傳感器的配置和采集。（3） 云服務器接收、存儲、備份網關上傳的數據；管理狀態監測數據庫；向Internet上的瀏覽站發布狀態監測數據。服務器的設置信息可以導出到文件中備份，機組數據根據磁盤陣列RAID1 備份策略，任一硬盤故障時，仍可保證正常數據存儲和讀取，按照不同的網關GW201不同的振動通道保存在不同的數據表內。云服務器部署在沈鼓云服務平臺上，用戶隨時通過Internet相應權限查看。SG2000系統通過無線傳感器監測旋轉設備運行狀態，用一個無線傳感器實現了監測水平、垂直、軸向三個方向的振動值及該位置的溫度， 大量數據通過無線信號上傳到云端服務器進行統計分析，手機或計算機都可以很方便地查看各種參數的當前值、歷史趨勢、報警及頻譜圖，系統自動對機泵的狀況進行ABCD四個區進行分類和統計。智能無線傳感器是主要技術核心，是一種新型的數據采集系統，內置無線發射天線，基于LoRa的私有協議，可以自組織形成星型網絡拓撲結構；根據現場通訊條件，智能自適應波特率及數據傳輸間隔，可視通訊距離2km，在無明顯阻擋情況下工廠實際使用距離可達500m。高溫機泵群狀態監測系統采用典型的基于物聯網的三層架構設計，依次是感知層、傳輸層和應用層。感知層：感知層主要解決物理世界的數據獲取問題，是物聯網發展和應用的基礎，其關鍵技術包括檢測技術、長距離、低功耗無線通信技術等。智能無線傳感器是高溫機泵群狀態監測系統的感知層，它負責監測數據的采集，可測量水平、垂直、軸向三個方向的速度有效值、加速度有效值和峰值及該位置的溫度共十個參數。傳輸層：傳輸層主要解決感知層獲取的數據傳輸問題，它是感知層與應用層的橋梁，是在感知層通信網絡與互聯網移動通信網絡基礎上建立起來的，實現感知網與通信網的結合，實現數據的長距離傳輸。智能無線網關是高溫機泵群狀態監測系統的傳輸層，它采用防爆型網關設計，使用簡單方便，無線數字信號傳輸方式消除了長電纜傳輸帶來的噪聲干擾，整個系統具有較高的實用性和穩定性，可以組成龐大的無線星型網絡，支持對多達100個傳感器節點同時進行大規模、分散式的機泵群狀態監測。根據公司高溫機泵群狀態監測的需求，在全廠7套裝置選擇58臺高溫油泵安裝了69個智能無線傳感器，單支承懸臂泵在軸承箱上安裝一個傳感器，雙支承泵前后軸承箱各裝一個傳感器，現場施工主要工作量為傳感器安裝，通過現場多次試用評估傳感器安裝選擇磁座加強力膠方式，傳感器通過螺絲與磁座或基座連接，再將安裝有磁座或基座的傳感器吸附、膠粘在待測位置，在全廠布置了4個網關，網關安裝在機柜間房頂。結合智能無線傳感器特點和對機泵狀態監測頻次要求， 設定采集間隔30分鐘/次對水平、垂直、軸向振動速度值和溫度4組數據采集，每天一組波形頻譜圖傳輸，要求傳感器電池壽命滿足使用3年以上。高溫機泵群狀態監測SG2000系統投用后，公司所有設備管理人員及維保相關人員手機安裝沈鼓云“因思工業服務”監控軟件，實現了對高溫機泵運行狀態實時監控，通過建立公司機泵狀態監測微信群，及時發布現場處理信息，形成閉環管理流程。5月1日21:40分柴加精制柴油泵P201B泵振動高導致密封泄漏，停泵拆檢發現軸承燒損，事后通過SG2000系統監測歷史數據分析，5月1日13:30 之前泵運行監測數據較平穩，13:38非驅動端軸承振動，溫度短時間達到高報，之后振動溫度又降至高報以下運行，15:08振動再次異常上升，溫度約30分鐘后再次高報，15:39驅動端振動上升高報，軸承溫度到20:00后急劇上升，21:40密封油罐壓力低報警，外操發現密封泄漏停泵。拆檢發現驅動端、非驅動端軸承嚴重磨損、軸也磨損， 通過監測數據及拆檢情況分析非驅動端軸承先失效，失效原因為泵運行狀況較惡劣，精制油流程改造后泵出口壓力升高軸向力增大，非驅動端軸承箱結垢冷卻效果差潤滑不良，經查詢軸承已使用超過4年，非驅動端軸承磨損振動加劇，導致驅動端軸承后失效。通過SG2000系統監測歷史趨勢還原了這臺泵軸承磨損前運行狀態，吸取教訓， 采取措施對軸承使用超過3年的機泵進行重點監控，合理安排檢修，同時SG2000系統增加完善了手機報警推送功能通過SG2000系統監測，原料預處理P115A檢修后振動增大，通過振動趨勢和頻譜圖分析，頻譜圖以一倍頻為主，離線監測靠近驅動端部位垂直V向振動較高，經分析振動高原因為檢修軸承箱冷卻風扇安裝不當，影響轉子動平衡，軸承箱垂直方向支撐剛度不夠，通過檢修及時解決了問題。案例三：原料預處理泵P111A停泵后軸承箱溫度異常高分析P111A停機后軸承箱溫度監測高報，正常運行60℃左右，停機后達到近80℃，查找發現泵停運后預熱線開度過大，泵體熱傳導溫度高，泵軸承箱設計由風扇冷卻，運行時風扇轉動可以起到降溫作用，停泵后風扇停轉，軸承箱散熱狀況變差溫度升高，日常管理中很少對備用泵進行監測，通過在線監測我們加強了對高溫油泵的預熱備用管理。（1）初始安裝調試階段，部分智能無線傳感器振動監測速度精度不能滿足5%±0.2mm/s技術要求，在現場安裝后發現振動監測速度值比實際偏高，通過SKF精密頻譜分析儀比對分析發現存在低頻干擾，原來設定頻率范圍2～1000Hz，鑒于高溫泵轉速在近3000r/min，修改頻率范圍為10～1000Hz，消除低頻干擾后，監測精度滿足要求，但對于低轉速設備監測精度會降低。葉片偏心、轉子相對于蝸殼的位置不當、葉片與蝸殼的設計選型不當等因素有關，該問題的長期存在將使葉片產生較大的偏心力，從而引起軸承的偏載，加大軸承的磨損與軸承溫度的升高，進而造成軸承非正常摩擦、疲勞脫落、游隙變大、內外圈跑圈等故障，基于問題的復雜，建議先加強平穩操作，重點監控，收集裝置改造后操作參數重新對泵設計選型，采取更新措施消除設備隱患。（2）智能無線傳感器設計為免維護型，傳感器不能維修，電池耗盡不能單獨換電池，需要更換新的傳感器，設計壽命為3年，但實際上在高溫泵安裝后受高溫環境影響，電池消耗較快，在高溫泵體熱輻射或通過探頭熱傳導達到70℃以上，電池消耗明顯加快，針對此問題需技術攻關解決或通過改型傳感器內置電池為可拆卸更換結構。（3）發現狀態監測系統偶爾存在個別機泵監測數據丟失，智能無線傳感器通過采集、無線發射網關、數據傳輸至云服務器存儲管理，通過Internet瀏覽查看，經分析為采集數據發射網關時接收失敗，采取增加網關覆蓋，避免數據丟失，但仍需要進一步驗證。（ 4 ）根據實際應用完善“因思工業服務”SG2000系統報警查看、報警消除等人性化操作界面，增加手機預警消息推送功能。（5）智能無線傳感器因機泵檢修拆除后再回裝，發現監測數值不準，因一個傳感器同時監測X軸向、Y水平、V垂直三個方向振動數據，它們通過傳感器安裝角度換算得出，檢修拆裝傳感器時要記錄安裝角度，安裝角度變化需要在系統中重新設定。為實踐設備維修從計劃維修、故障維修逐步過渡到預知維修，實現設備全壽命周期管理，設備診斷技術作為維修制度改革的技術基礎，它在避免設備事故，減少非計劃停工，縮短故障停機時間，優化生產操作，降低維修費用等方面具有非常重要的作用。SG2000系統采用先進的物聯網技術，把智能無線傳感器、高溫機泵、設備管理人員等通過新的方式聯在一起，形成人與物、物與物相聯，實現信息化、遠程管理監測關鍵設備運行狀態，利用信息技術實現了機泵智能化、數字化管控。SG2000系統在高溫機泵群應用也暴露了個別技術問題，需要廠家繼續研發改進。
