泵監(jiān)測的必要性

　　泵對(duì)于工業(yè)企業(yè)的日常運(yùn)行至關(guān)重要，需要時(shí)時(shí)維護(hù)，以確保工廠正常運(yùn)作。泵一旦啟用，性能就會(huì)逐漸衰退，關(guān)鍵是如何防止其發(fā)生故障導(dǎo)致工廠停機(jī)從而影響生產(chǎn)。典型的泵故障可能造成上千萬的經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷害，如發(fā)生重大事故還會(huì)影響公司聲譽(yù)。

　　泵對(duì)于工業(yè)企業(yè)的日常運(yùn)行至關(guān)重要，需要時(shí)時(shí)維護(hù)，以確保工廠正常運(yùn)作。泵一旦啟用，性能就會(huì)逐漸衰退，關(guān)鍵是如何防止其發(fā)生故障導(dǎo)致工廠停機(jī)從而影響生產(chǎn)。典型的泵故障可能造成上千萬的經(jīng)濟(jì)損失以及人員傷害，如發(fā)生重大事故還會(huì)影響公司聲譽(yù)。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，泵的維護(hù)費(fèi)用占到整個(gè)工廠維護(hù)成本的7%，而工廠的生產(chǎn)損失有0.2%歸結(jié)于泵故障，如果對(duì)泵進(jìn)行在線監(jiān)測，這些損失是完全可以避免的。

　　過去，使用在線監(jiān)測系統(tǒng)和安裝有線設(shè)備投資成本***，或者線槽已滿難以增加新的設(shè)備，這些都是阻礙工廠增加泵監(jiān)測點(diǎn)的因素，而如今，隨著技術(shù)的發(fā)展，要對(duì)重要但非關(guān)鍵的泵進(jìn)行在線監(jiān)測和可靠性維護(hù)已變得十分容易。

　　通過創(chuàng)新的預(yù)測技術(shù)提***泵的可靠性

　　一、泵的密封監(jiān)測/封液罐監(jiān)測

　　雙機(jī)械密封通常應(yīng)用于對(duì)密封要求較***的地方，其表面經(jīng)過精細(xì)機(jī)械加工，一面安裝于密封壓蓋內(nèi)，一面安裝于主軸上，密封件之間用密封液填充以起到潤滑和降溫作用。表面雜質(zhì)和結(jié)焦會(huì)縮短密封壽命，但是正確地沖洗可以使其持續(xù)工作數(shù)千小時(shí)。

　　輔助密封沖洗系統(tǒng)可以是加壓的或是無壓的。無壓密封沖洗系統(tǒng)是讓工藝流體流入密封液，充當(dāng)緩沖劑，這種方式可能使工藝流體通過外側(cè)密封泄漏到空氣中。帶加壓密封沖洗系統(tǒng)的雙機(jī)械密封可以有效防止泄漏的發(fā)生。

　　如圖顯示了API沖洗方案52適用于危險(xiǎn)品，它提供潔凈的外部緩沖液以保護(hù)環(huán)境。壓力升***表示泵送工藝流體在大氣壓力下產(chǎn)生汽化并泄漏到緩沖液;同樣，如果泵送流體在大氣壓下依然保持液態(tài)，那么液位升***也可表明泄漏發(fā)生;液位緩慢降低屬于正?，F(xiàn)象，但如果是突然大幅升***則表示緩沖液正通過外側(cè)密封泄漏出來。

　　A. 壓力變送器

　　B. 液位變送器

　　可用指針式無線壓力變送器替代本地壓力指示計(jì)，提供連續(xù)在線監(jiān)測，以便更早地發(fā)現(xiàn)泄漏隱患。也可以通過控制系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測，或是由在線預(yù)測性設(shè)備健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)來解讀壓力升***的現(xiàn)象，并提供可執(zhí)行的信息。

　　封液罐需要定期注滿，一般通過人工巡檢來完成，但是要知道一旦密封液干掉，就會(huì)導(dǎo)致***昂的維修費(fèi)用，以及人身傷害和環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，因此密封罐都會(huì)設(shè)置低液位報(bào)警。根據(jù)***新的API標(biāo)準(zhǔn)682(第四版)規(guī)定靜液面技術(shù)將取代開關(guān)量來進(jìn)行連續(xù)液位測量，提供低液位報(bào)警。使用液相測量管時(shí)，參考管中的液體數(shù)量的不同會(huì)影響液位測量的準(zhǔn)確度。模擬量液位指示，可顯示液位的變化率，當(dāng)液位發(fā)生異常的迅速下降，可發(fā)出報(bào)警，從而為操作人員換泵送修爭取更多時(shí)間。

　　有時(shí)，污染物或是工藝流體與密封沖洗液混合，會(huì)改變罐裝沖洗液的密度，在這種情況下無線導(dǎo)波雷達(dá)變送器能夠提供比靜液面更為精確的封液罐液位測量，精度***達(dá)+/- 0.2" (5mm)，而且不會(huì)因?yàn)橐合鄿y量管內(nèi)液體流失而產(chǎn)生測量錯(cuò)誤，導(dǎo)波雷達(dá)液位變送器的優(yōu)勢還在于其可安裝在罐頂，不占用儲(chǔ)罐原有的空間，可提供比API682標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定更為寬泛的量程。除此之外，也可以把設(shè)備安裝在儲(chǔ)罐外腔一側(cè)。

　　二、汽蝕監(jiān)測

　　離心泵使液體速度加快，在泵入口處產(chǎn)生靜壓下降，如果水的絕對(duì)壓強(qiáng)低于該溫度下水的飽和蒸汽壓，就會(huì)產(chǎn)生氣泡，隨著壓力升***，氣泡破裂，對(duì)葉輪和泵殼表面造成機(jī)械損傷。這種現(xiàn)象叫汽蝕現(xiàn)象，會(huì)損傷泵部件、使流量不穩(wěn)定、加速軸承磨損并使密封失效。

　　當(dāng)泵運(yùn)行超出設(shè)計(jì)量程，常常會(huì)產(chǎn)生汽蝕現(xiàn)象，泵的間歇性抽吸也會(huì)產(chǎn)生汽蝕。故障可能在人工巡檢之前已經(jīng)發(fā)生，但是通過泵出口壓力的監(jiān)測可以更早發(fā)現(xiàn)問題(如圖所示)。

　　A. 壓力變送器

　　泵出口壓力監(jiān)測用于汽蝕現(xiàn)象報(bào)警

　　有些先進(jìn)的泵監(jiān)測方案可監(jiān)測出口壓力波動(dòng)情況，預(yù)報(bào)可能發(fā)生的汽蝕現(xiàn)象。當(dāng)壓力波動(dòng)的增加與沖擊力測量峰值正相關(guān)(將在下一個(gè)“振動(dòng)”章節(jié)進(jìn)行討論)，這表明泵出現(xiàn)了汽蝕現(xiàn)象。結(jié)合壓力和振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)來判斷汽蝕現(xiàn)象是通過過程和設(shè)備測量更完整了解泵健康狀況的***好例子。

　　對(duì)于***壓多級(jí)泵來說短暫的汽蝕現(xiàn)象也會(huì)造成損害，因此在泵的監(jiān)測體系中應(yīng)該還要包括吸液裝置的液位、泵吸入濾器以及所有安裝在泵出入口的自動(dòng)隔離閥的差壓，這些地方很容易移動(dòng)或堵塞造成汽蝕。

　　三、振動(dòng)監(jiān)測

　　泵發(fā)生劇烈振動(dòng)代表有故障， 振動(dòng)變送器可以測量振動(dòng)狀況，解讀和分析振動(dòng)的起因。

　　混凝土底座或金屬框損壞、軸未對(duì)準(zhǔn)、葉輪損壞、泵或電機(jī)軸承磨損、偶合磨損、汽蝕現(xiàn)象都會(huì)引起電機(jī)和泵的劇烈振動(dòng)，從而使密封失效，并可能造成嚴(yán)重后果，包括***昂的維修費(fèi)用、過程停機(jī)、產(chǎn)量下降、危害物質(zhì)泄漏罰款、可燃物質(zhì)泄漏引發(fā)的火災(zāi)等。

　　在線振動(dòng)監(jiān)測能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)泵性能下降的起因，但是傳統(tǒng)的全面振動(dòng)測量還存在很大的局限性，并不能提供足夠早的預(yù)警信息來防止故障發(fā)生。例如，一個(gè)全新的軸承和一個(gè)還有10%甚至1%使用壽命的軸承所顯示的振動(dòng)數(shù)據(jù)是一樣的。

　　A. 采用傳統(tǒng)的方式，振動(dòng)測量數(shù)據(jù)在故障即將發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生時(shí)也只會(huì)有很小的變化

　　B. 采用PeakVue，振動(dòng)測量數(shù)據(jù)在軸承將要發(fā)生故障前會(huì)有明顯變化

　　傳統(tǒng)的振動(dòng)測量

　　注：如圖是泵軸振動(dòng)進(jìn)行監(jiān)測的典型例子，通過振動(dòng)只能發(fā)現(xiàn)軸承故障，但并不能得到早期預(yù)警。

　　對(duì)于***頻機(jī)械沖擊產(chǎn)生的故障已經(jīng)有了新的測量技術(shù)，例如金屬之間互相摩擦的外殼，新的測量技術(shù)可提供旋轉(zhuǎn)部件磨損故障的早期預(yù)警，也就是在設(shè)備還有10%以上的使用壽命時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，以便及時(shí)采取防預(yù)措施。

　　A: 壓力變送器

　　B: 振動(dòng)變送器

　　振動(dòng)及沖擊壓力峰值測量

　　注：如圖顯示有2臺(tái)加速計(jì)測量泵和軸的振動(dòng)和沖擊壓力峰值，并通過1臺(tái)振動(dòng)變送器傳送

　　故障預(yù)測

　　表1匯總了經(jīng)常發(fā)生的泵故障及如何通過測量獲得故障預(yù)警。密封液液位和壓力、泵出口壓力和沖擊壓力峰值等信息組成了預(yù)警系統(tǒng)。 振動(dòng)和溫度測量數(shù)據(jù)均可指示故障的發(fā)生，并可用于分析根本起因。現(xiàn)代化的泵健康狀態(tài)監(jiān)測方案通過壓力及機(jī)械測量數(shù)據(jù)等關(guān)鍵預(yù)測維護(hù)信息全面掌握泵的情況。

　　表1.用于預(yù)測泵故障的在線測量數(shù)據(jù)

　　預(yù)測維護(hù)的必要性包括：

• 　　維護(hù)成本降低50%;
• 　　意外故障減少55%;
• 　　檢修和停機(jī)時(shí)間減少60%;
• 　　備件庫存降低30%;
• 　　平均故障間隔時(shí)間延長30%;
• 　　正常運(yùn)行時(shí)間延長30% ;

　　把諸如流出及吸入壓力、濾網(wǎng)差壓、密封油壓力和液位等過程數(shù)據(jù)與完整的振動(dòng)數(shù)據(jù)、沖擊數(shù)據(jù)、泵軸承溫度、泵速度以及運(yùn)行/停止信息相結(jié)合，可針對(duì)早期汽蝕現(xiàn)象發(fā)出簡單易懂的預(yù)警信息，無需專門的機(jī)械專***對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行解讀。市場上某些先進(jìn)的泵健康狀態(tài)監(jiān)測方案甚至還能通過預(yù)制的運(yùn)算法則提供依據(jù)過程和設(shè)備數(shù)據(jù)生成的設(shè)備健康狀況報(bào)告。

　　泵的監(jiān)測方案可以根據(jù)特定的工藝環(huán)境和泵的設(shè)計(jì)來制定，它規(guī)模可變，可從簡單的基于狀態(tài)的單個(gè)變量振動(dòng)監(jiān)測擴(kuò)展到全面的泵狀態(tài)和運(yùn)行狀況報(bào)警。

　　狀態(tài)監(jiān)測的挑戰(zhàn)在于要同時(shí)滿足運(yùn)行人員與可靠性團(tuán)隊(duì)對(duì)于數(shù)據(jù)的不同需求，并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為可執(zhí)行的信息。運(yùn)行人員需要獲得密封泄漏或汽蝕等嚴(yán)重情況的報(bào)警，以預(yù)防即將發(fā)生或嚴(yán)重的泵故障，而可靠性團(tuán)隊(duì)則需要更多的信息來進(jìn)行長期規(guī)劃，包括訂購備件，既要降低備件庫存又要能夠及時(shí)滿足維護(hù)需求。因此預(yù)測性維護(hù)對(duì)于實(shí)現(xiàn)精益可靠性計(jì)劃是至關(guān)重要的。

　　1、無線技術(shù)提供了新可能

　　上述測量方案可以通過有線或無線方式來實(shí)現(xiàn)，只不過采用有線4-20mA或基金會(huì)現(xiàn)場總線方案相對(duì)無線方案而言會(huì)更為復(fù)雜，安裝更麻煩，成本更***。

　　有些泵位于危險(xiǎn)或是難以到達(dá)的區(qū)域，采用有線測量方案的成本較***或是無法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)無線方案則是一種很好的選擇，它適用于各種嚴(yán)酷工況，能夠以經(jīng)濟(jì)的方式在工廠范圍內(nèi)擴(kuò)展在線測點(diǎn)，***重要的是無線系統(tǒng)可以方便***效地在任何地點(diǎn)安裝，做到即裝即用。

　　無線變送器采用電池供電(電池可用于危險(xiǎn)區(qū)域)，無需線纜、開放的I/O點(diǎn)或本地電源，因此可以在遠(yuǎn)離過程裝置有線信號(hào)的地方使用，安裝、組態(tài)、調(diào)試往往只需幾個(gè)小時(shí)，非常方便，而有線設(shè)備一般則需要幾周。

　　2、泵監(jiān)測的經(jīng)濟(jì)收益

　　如圖所示采用完整的泵健康狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)可以在數(shù)月后即看到收益。以一***日產(chǎn)25萬桶的煉油廠為例，有80臺(tái)泵安裝了監(jiān)測系統(tǒng)，每年節(jié)省可達(dá)120萬美元，其中維護(hù)成本節(jié)省36萬美元，由于泵故障引發(fā)的過程停機(jī)減少，節(jié)省91.2萬美元。

　　A. 壓力變送器

　　B. 靜液面液位變送器

　　C. 振動(dòng)變送器

　　采用無線變送器監(jiān)測泵的健康狀況

　　總結(jié)

　　由泵故障引發(fā)的事故往往會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，這完全是可以避免的，困難在于如何在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間采用適當(dāng)?shù)木S護(hù)策略以防止危險(xiǎn)品泄漏、火災(zāi)、昂貴的維修、過程停機(jī)， 同時(shí)避免一切不必要的維護(hù)。通過預(yù)防性維護(hù)和人工巡檢是無法實(shí)現(xiàn)的，因此基于狀態(tài)的在線監(jiān)測變得必不可少，以前在大部分工廠內(nèi)這種監(jiān)測僅限于關(guān)鍵的泵設(shè)備，而帶有無線技術(shù)的預(yù)測性維護(hù)方案使任何一臺(tái)泵都可以獲得在線監(jiān)測。

　　預(yù)測維護(hù)采用在線狀態(tài)監(jiān)測，能有效降低維護(hù)費(fèi)用，減少因人工巡檢不及時(shí)而造成的災(zāi)難性事故，也可以省去不必要的預(yù)防性維護(hù)工作、節(jié)省人工。選擇什么樣的應(yīng)用程序來分析測量數(shù)據(jù)并及時(shí)提供可執(zhí)行的信息是***效泵監(jiān)測計(jì)劃的重要部分。

　　艾默生提供的泵健康狀態(tài)監(jiān)測方案包括重要設(shè)備監(jiān)測軟件、SmartWireless變送器和***振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)PeakVue。