PTA装置泵类设备上在线诊断技术的应用

2020-06-08 195 上传者：管理员

摘要：针对大型PTA装置泵类设备安装了设备在线监测诊断系统,后台具有在线专家分析软件,在突发故障报警后,通过设备诊断技术及专家分析系统,能及时确定故障部位和故障原因,使得设备管理人员能快速判断和处理,不会让设备的故障扩大化,减少设备维修的成本,使泵设备更能安全高效地运转。

关键词：
PTA装置
在线监测
振动
设备管理
设备诊断技术
频谱
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一、前言

随着现代工业向大型化、连续化和自动化方向的发展，对设备的运行要求和依赖程度越来越高，一旦设备故障停工，造成的经济损失及需要的维修费用很大，如果不及时处理，甚至会发生重大的设备事故，损失不可估量。

在大型PTA装置中，离心式泵设备在很多关键节点上起到重要作用，其中进料泵、浆料泵及母液泵都是非常关键的设备。由于工艺介质和泵型的原因，进料泵、浆料泵及母液泵都长期处于腐蚀、磨蚀、汽蚀的环境下运行，而在泵运行时轴向力也不能保持平衡，经常处于轴向力过大的情况下。因介质中含有乙酸、醋酸、溴化物等高腐蚀介质以及一定量的催化剂颗粒等，造成这些泵设备经常发生故障，维修频率比较高。由于人为认识和判断上的差距，每个检修技术人员在诊断设备故障时的及时性和准确率都有偏差，因此通过数据分析进行的设备诊断技术的应用就越来越重要了。通过及时的在线监测和诊断，可以判断设备是处于正常状态还是正在恶化，什么时候需要维修等，都可以提前预判转动设备的故障初期，防止泵设备故障扩大化，造成设备损坏严重甚至装置停车等重大损失。

二、泵设备诊断技术的基本情况

浙江某大型PTA装置产品为精对苯二甲酸，在复杂的高温高压、强腐蚀工艺环境下运行。物料的成分比较复杂、介质的腐蚀性较高以及催化剂的磨蚀性也是转机设备的较难解决的问题。泵设备在使用中故障率偏高，如果巡检诊断不及时，会造成泵振动增大，出现断轴、叶轮损坏以及轴承磨损等故障，严重的话会造成装置停车等事故，经济损失巨大，所以要求大型化工装置的设备管理更专业化和智能化。

目前国内化工行业中动设备的在线监测和诊断应用很多，但是能够在线监测和在线诊断同时使用的并且能及时给出维修方案的技术应用得并不多。针对现状，浙江嘉兴石化有限公司结合无线网络平台，采用了化工重载泵基于大数据精准诊断平台和泵设备集群全寿命在线监测管理项目，可应用于重点和易发生故障的泵设备。硬件方面采用数据采集器、传感器、智能点检仪及无线网关等设备，软件方面有以流体激振为基础的故障诊断系统、基于模糊数学与特征频谱追踪的机泵预知性维修软件、以全寿命周期管控为基础的故障诊断系统等。

借助大数据平台对数据进行算法计算处理，对泵设备全寿命周期进行精准智能分析，结合国内外对泵结构设计的先进模型为基础，实现对泵组的主要运行参数（振动、轴承状态、温度、压力和流量等）24h连续地、不间断地实时检测。同时它还通过网络将采集到的所有数据上传给监测诊断级的计算机，当泵设备出现问题时，能及时有效地通过DCS、手机等终端通知设备管理人员，紧急时可停机并连锁切换备用泵运行。运用振动分析、结构分析、温度分析、寿命分析、流场分析以及数据分析等多物理场耦合（流固耦合、流热耦合、固热耦合和电磁耦合）的设备运行分析系统如图1所示。

图1 设备运行分析系统

泵设备使用现场可实现多台设备所有测点的同步采集，故障特征数据采样全面，可对所有监测设备进行远程数据查看、存储，查阅实时振动频谱、温度等设备关键数据，实现故障类型的对比分析，反馈给设备制造厂商，根据现场实际使用情况进行设备的改进和装置工艺的调整。

三、设备故障诊断内容

泵设备故障诊断的内容见表1。根据振动频谱对应的经验故障类型，通过以流体激振为基础的预知维修系统来诊断泵设备可能出现的故障。

表1 泵设备故障诊断内容

采用内置或红外传感器对轴承温度进行监控，根据轴承温度的变化结合振动频谱的数据，通过大数据平台的专家分析系统，就能够精准地判断泵设备故障的原因，并给出维修方案。对于因硬件设备问题而产生的误报，也能进行有效的排除，不会因监测设备故障产生的误报而增加维修工作量。可以有效地判断因装置工艺波动产生的振动频谱波动。通过专家系统的分析，也能给出工艺运行参数对泵设备的影响，在不影响生产和产品的情况下，可以适当调整装置的工艺参数，从而使泵设备能长期稳定的运行。

四、案例分析

浙江某大型PTA装置中母液泵性能参数如下：位号G-1207AB，该泵为进口设备，运行参数为流量Q=1 010m3/h，扬程H=177m，装置汽蚀余量NPSHr=4.2m；介质为含固体颗粒的PTA母液，有较强的磨蚀和腐蚀性，泵的叶轮为半开式叶轮。从装置运行开始13个月以来，该泵出现过断轴、叶轮损坏和叶轮螺母脱落等三次重大故障，造成了很大的经济损失。

分析原因发现：该泵是采用半开式加背叶片结构，由于叶片和后盖、泵体等配合的间隙发生变化时，其轴向力变化很大，在运行时由于装置工艺的需求变化，使得泵的轴向和径向受力经常会超过设计的极限值，因此泵的振动频率增长很快，当其达到一个临界点时，会使轴承磨损，轴头弯曲，如果停车检修不及时，就会出现断轴等严重的故障。2019年5月该装置重点机泵加装了在线监测和专家诊断系统，该系统的应用减轻了现场设备管理人员的工作强度，在移动终端上可以实时查看设备的运行状态（见图2）。

图2 移动终端显示的设备运行状态

监测诊断系统加装50天后，监测到了该泵的振动异常（见图3），经过分析系统初步判断故障是由泵轴弯曲和轴承外圈滚道磨损引起的。

图3 振动频谱图

设备管理人员将泵切换后停机，经检查确认泵的轴头已经弯曲，叶轮有因汽蚀产生的一定程度的缺陷，泵壳的内衬板也有与叶轮摩擦产生的划痕。如果继续运行，可能造成断轴或叶轮损坏等大的事故。通过分析振动频谱，结合工艺特点，调整了工艺参数，对泵的结构也进行了优化，连续使用至今没有再出现异常。

五、结语

现代大型装置的稳定运行、经济效益要求对设备故障的精准诊断提出了更高的要求，设备诊断技术已经被列为设备管理和维护的基础工作之一。精准诊断就可以进行主动维修和精准维修，就会创造巨大的经济效益。状态监测是一项很基础的工作，但频谱分析及其故障诊断是一个素质和经验要求比较高的技术工作，对设备的故障诊断的精准到位具有决定性的意义。

陈仁来,刘永楼.在线诊断技术在PTA装置泵类设备上的应用[J].通用机械,2020(Z2):13-15.