石油、石化工业是连续性强、系统复杂、自动化程度高的大型化生产企业，随着生产迅猛发展和生产运行影响越来越大，停机损失对企业生产造成的危害也相对增加，这一系列问题，对设备安全提出了越来越高的要求。掌握关键机械设备运行状态，及早发现设备隐患，及时采取必要的防范措施和对策，实现 “以设备状态受控管理为基础，预防维修为主线”的综合性维修模式，因此，加强设备状态监测，提高故障诊断技术，保证转动机组安全、稳定、长周期、满负荷、优质运行，深入开展石油石化行业关键设备安全运行研究是非常必要的。
一、设备状态监测与故障诊断技术概述
设备的状态监测通常是指通过测定设备的某一特征参数（振动、温度、超声波等），来检查其状态是否正常，状态监测与故障诊断技术通过了解和掌握设备使用状态，对设备可能要发生的或已经发生的故障进行预报、分析、判断，确定故障性质、类别、程度、原因、部位，指出故障发生和发展的趋势及后果，提出控制故障继续发展的措施，通过采取调整、维修、治理的对策消除故障，最终使设备恢复正常状态。
旋转设备振动监测诊断技术
振动信号分析技术是转动机械故障诊断中应用最广泛，也是最行之有效的方法。对转动设备的振动信号测试和分析，可获得机体、转子或其他零件部位的振动量值、频率和相位三个要素，经过对信号的分析处理与识别，可能了解到机器的振动特点、结构强弱、振动来源，故障部位和故障原因，为诊断决策提供了依据。因此，利用振动信号诊断故障的技术应用最为普遍。一方面，振动是回转机械运行中的最主要问题，另一方面振动信号包含了丰富的机械运行状态信息，且信号易于拾取，便于在不影响机器运行的情况下，进行监测和诊断。
（1）由机械振动引起的设备损坏率很高，振动大即是设备有故障的表现。据统计，因各种原因引起的机械振动故障率达60%以上，因此目前很多大中型企业的重要机泵设备，都备有振动信号检测仪器，进行离线或在线监测，用以判断故障，预报事故。
（2） 振动信号中包含有丰富的机械状态信息量。很多机器设计是否合理、零部件是否存在倾斜、制作和安装质量是否符合要求、运行操作是否合适、轴承等诸多原因造成的故障，都能从振动状态信息中反映出来。
（3）振动信号转变为电信号后，便于进行数据处理与分析，处理成为多种能够反映故障状态的特征信息谱图，为进一步识别故障提供依据。利用振动信号诊断设备故障已成为当前各种监测技术中的主要方法。
2.往复压缩机状态监测技术
目前国内各领域旋转设备的状态监测与故障诊断技术的应用已较为普及，往复机械的状态监测与故障诊断技术的研究与旋转设备相比起步较晚，近10多年来，国内许多科研院所也在该领域进行了大量的理论探所工作，取得了可喜的成绩。国内一些石化厂的大型往复式压缩机配备了在线监测系统，离线监测系统据了解还没有普及应用。
往复式压缩机结构复杂、零部件较多，运动过程中气阀的启、闭，活塞、连杆、十字头往复运动时产生撞击和噪音，并且各气缸之间的撞击和噪声相互干扰，如果采用常规频谱分析的手段，频谱图上将呈现连续而密集的宽带谱线，故障特征信息被背景噪声所湮没，难以提取和识别，而且振动对气体泄漏也不敏感，冲击、漏气和摩擦是往复机械最主要的信号类型。
往复机械与旋转设备故障诊断不同的是，不再局限于振动分析作为唯一的测试手段，不再以振幅的高低作为判断故障的依据。往复设备监测与诊断的基本理念是：根据不同事件所产生的特征信号不同，采取不同的监测手段及频率分析范围，去除噪声干挠，准确提取故障特征信号。通过监测相对于曲轴转角的压力、振动、超声波信号，将各类事件如气门开启与关闭、气缸压缩与膨胀和监测信号对应起来，从而更加有效地分析和判断事件具体性质，得到有价值的信息。
通过压缩机气缸压力-容积曲线，即PV曲线，可以计算出气缸功率、容积效率、进排气阀的功率损失以及排气量、活塞杆负载荷、反向角等性能参数。分析PV曲线、LogP-LogV的n值、流量平衡和超声波信号，判断进排气阀是否漏气、活塞环是否窜漏；通过分析气阀相位振动、超声波曲线和温度，分析气阀开启关闭状态，判断气阀颤振、弹簧折断、阀片断裂等故障；通过分析气缸和十字头的振动信号，判断缸套擦伤、活塞环断裂、十字头损伤、间隙过大和机械松动等故障，见表1。
3.油液铁谱分析技术
润滑管理在设备管理中占据重要地位，而油液监测在润滑管理中又是中心环节，它关系到设备正常运转、减少摩擦磨损、延长设备使用寿命，降低生产成本等一系列重要问题。油液铁谱分析，掌握设备运行状态，预报设备可能发生的故障，避免设备事故；通过检测在用油液的铁谱的异常变化，预报机组可能发生的故障，分析确定故障发生部位、类型及原因，采取措施，避免事故。
二.使用仪器
1.利用美国恩泰克公司生产的Enpac2500便携式振动分析仪对旋转设备及管线进行振动数据采集，利用Emonitor V3.3专用分析软件对数据进行频谱分析。
2. 往复压缩机离线监测仪器是美国windrock公司生产的精密分析仪RT9260，由TECIP－TRAP9260监测硬件和RTwin9.3分析软件2部分组成。TECIP－TRAP9260主要由数据采集仪、压力传感器、超声波传感器、振动和加速度传感器、温度传感器组成。
3.利用FTP－X2型分析式铁谱仪与2020双色铁谱监测分析显微镜对油液进行分析。
三.应用效果分析
通过实施状态监测管理模式以来，取得了非常明显的效果，状态监测与故障维修已成为该石化企业必不可少的重要技术手段。
1.改善了机组运行工况
通过对关键设备的监测分析，实时掌握设备性能状况，及时调整工艺参数，减少不必要的功率损耗，使机组平均效率保持在90%以上。
2.及时消除故障隐患，降低机组故障停机率
通过对石化厂关键设备实施振动监测诊断，先后发现轴承故障、对中不良、动静摩擦、汽蚀等故障隐患32起，先后发现压缩机轴瓦磨损、气阀泄漏、阀片断裂、弹簧脱落、活塞环磨损窜漏、机械松动等故障隐患16起；润滑油异常磨粒故障10起。由于这些故障隐患得到及时修复和排除，避免了多起恶性事故的发生，机组运行效率及可靠性得到了明显提高，很大程度上减少了因突发故障造成的停机，使机组平均故障率由2013年的1.01%下降到2014年的0.29%。
3.创造明显的经济效益
在取得实用效果的同时，也创造了良好的经济效益。由于机组运行效率提高，故障停机时间减少，维修保养次数减少，从而降低了材料消耗和人工费用。仅2014年维修费用就节约了100多万元，经济效益达300多万元。
4.取得良好的社会效益
状态监测与故障诊断技术有效避免或减少设备事故的发生，提高机组运行效率和可靠性，实现视情维修，对提高现代企业设备管理水平发挥重要作用，对公司安全生产、改善劳动条件，合理有效地利用能源，节约原材料，促进科学技术进步具有积极推动作用。同时在本行业树立了良好的典范，受到公司主管部门高度赞誉。
四.结束语
运用状态监测技术可以方便、快捷、有效地把握设备运行状态，将故障消除在萌芽状态，避免设备故障事故带来的环境污染，克服过去在维修中长期存在的“过剩维修”和“维修不足”现象，从而提高设备可靠性，延长设备使用寿命，也使设备能长周期安全、稳定、满负荷运行，提高企业的经济效益会起到良好的效果，具有深远的积极意义。
閱讀更多 設備管理與維修 的文章
