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在线状态检测与故障诊断的意义及发展现状

文/ 发布于 : 2021-06-03    浏览次数:7392

一、在线状态检测与故障诊断的定义

通俗地说,状态监测与故障诊断就是给机器看病。人不可能不生病,机器在运行过程中出现故障也是不可避免的。人生了病需要求医就诊,机器出了故障也要找“医生”诊断病因。医生对病人的诊断是基于体征检查(先看体温,再进行验血、X 光、心电图、B 超、…、甚至 CT 等)基础上的分析判断,对机器故障的诊断同样也是基于状态监测(先看总振动值,再求助于频谱、波形、轴心轨迹、趋势图、波德图、全息谱图等)基础上的综合性分析判断。

状态监测是指通过一定的途径了解和掌握设备的运行状态,包括利用监测与分析仪器(在线的或离线的),采用各种检测、监视、分析和判别方法,对设备当前的运行状态做出评估(属于正常、还是异常),对异常状态及时做出报警,并为进一步进行的故障分析、性能评估等提供信息和数据。

故障是指机械设备丧失了原来所规定的性能或状态。通常把设备在运行中所发生的状态异常、缺陷、性能恶化、以及事故前期的状态统统称为故障,有时也把事故直接归为故障。

而故障诊断则是根据状态监测所获得的信息,结合设备的工作原理、结构特点、运行参数、历史状况,对可能发生的故障进行分析、预报,对已经或正在发生的故障进行分析、判断,以确定故障的性质、类别、程度、部位及趋势,对维护设备的正常运行和合理检修提供正确的技术支持。

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二、在线状态检测与故障诊断的意义

状态监测与故障诊断技术的由来及发展,与十分可观的故障损失以及设备维修费密切相关,而状态监测与故障诊断的意义 状态监测与故障诊断的意义则是有效地遏制了故障损失和设备维修费用。具体可归纳如下几个方面:

① 及时发现故障的早期征兆,以便采取相应的措施,避免、减缓、减少重大事故的发生;

② 一旦发生故障,能自动纪录下故障过程的完整信息,以便事后进行故障原因分析,避免再次发生同类事故;

③ 通过对设备异常运行状态的分析,揭示故障的原因、程度、部位,为设备的在线调理、停机检修提供科学依据,延长运行周期,降低维修费用;

④ 可充分地了解设备性能,为改进设计、制造与维修水平提供有力证据。

自上世纪七十年代以来,国内外石化、化工、电力、钢铁等行业为了极大限度地提高经济效益,生产规模不断扩大,生产装置向着大型化、高速化、自动化、连续化、单系列化发展,装置中的关键设备均无备机,一旦出现故障停机,将导致整个装置停产,所造成的经济损失是十分巨大的。例如,一个年加工原油 500万吨的炼油厂,停产一天的经济损失达二千多万元;一个年产 30 万吨合成氨的化肥厂预知性维修比较先进、经济。据日本资料介绍,采用设备故障诊断技术,故障停机时间可降低 75%,每年设备维修费可减少 25~50%。无怪国外有些专家认为,把少量美元花费在状态监测上,比把上百万美元花费在因设备严重损坏而引起强迫停机后的检修上更有价值。从开展此项工作中尝到甜头的国内设备专家则说,开展状态监测与故障诊断工作是花小钱、省大钱,购置监测仪器是花了一些钱,但有效地降低了故障损失和设备维修费,反而节省了大钱。

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三、在线状态检测与故障诊断的发展与现状

状态监测与故障诊断技术是近三十年来国内外发展较快的一门新兴学科。我国状态监测与故障诊断技术起源于上世纪七十年代末。那时,建国后首批从西方工业发达国家成套引进的 13 套大化肥装置,以及随后不久引进的大化纤、大乙烯等装置正处于建成后的试车、开车阶段,由于某些机组事故频发,促进了高校及科研单位对这项技术的理论研究和实际应用。国外某些大公司的监测与诊断部门也同时开展了一些服务与交流,客观上起到了一定的推动作用。79 年起,有些企业开始研究西方设备维修体制,从中感受到状态监测与预知性维修的重要意义。79 年到 83 年,一些受故障损失严重困扰的石化企业,购置了国外先进的频谱分析仪等状态监测仪器,进入了初步的实践阶段,1983 年,原国家经委下达了《国营工业交通设备管理试行条例》,明确提出:“逐步采用现代故障诊断和状态监测技术,发展以状态监测为基础的预知性维修体制” ,从而把故障诊断纳入企业管理法规,对发展故障诊断技术具有极为重要的意义。自 1984 年起,石化企业逐步建立起以总公司、公司(总厂)、厂的三级状态监测机构,配置人员,购置仪器,培训学习,相互交流,全面开展了状态监测与故障诊断工作,整体水平得到提高。九十年代起,火力发电行业开始开展大型汽轮发电机组的在线状态监测与故障诊断工作,并且发展较为迅速。进入本世纪以来,在钢铁、炼铝、水力发电、风力发电、空分等行业内,伴随着技术先进的大型转动设备的投入使用,状态监测与故障诊断技术也开始得到重视与应用,并呈现出上升的趋势。

状态监测与故障诊断技术自身的发展过程,大致可归纳为以下三个阶段:

① 离线的 FFT 分析仪阶段 FFT 分析仪阶段

上世纪八十年代初、中期,通过磁带记录仪到现场记录振动信号,然后回实验室输入 FFT(快速傅里叶变换)分析仪回放,进行频谱分析,只有功率谱(幅值谱)及波形,少数配置双通道时才能看到轴心轨迹,分析方法单一,基本上只能查幅值、频率。

② 离线或在线的计算机辅助监测、诊断阶段

上世纪八十年代末期至九十年代中期,通过计算机完成信息采集、信号分析、数据库管理、甚至给出诊断结论,有各种图谱,分析方法多样,更加注重幅值、频率、相位信息的全面、综合利用,还涌现出专家辅助诊断系统。

③ 网络化监测、诊断阶段

上世纪九十年代末以来,充分利用企业内部局域网和 Internet 网络,做到资源共享、节省投资、远程诊断,所监测的参数不再局限于振动、轴位移、转速,进一步扩展到流量、压力、温度等工艺过程量,对设备运行状态的把握更加全面、准确,实现了真正意义上的专家远程诊断。

如今,在对设备当前运行状态的监测以及故障原因的诊断方面,可以说国内外状态监测与故障诊断产品(无论是在线的、还是离线的)的性能都达到了较为令人满意的水平。然而,用户现场人员最关心的是设备当前故障的 ,用户现场人员最关心的是设备当前故障的

严重程度如何、今后的发展趋势怎样、还能否继续运行下去 、还能否继续运行下去、还能运行多久等问题,恰恰在对故障程度的评估上以及故障趋势的 ,恰恰在对故障程度的评估上以及故障趋势的预报上,各家产品都显得欠缺 ,各家产品都显得欠缺。因此,状态预报是目前监测诊断技术中较为薄弱的环节。

 

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