振动在线监测技术作为现代工业的重要技术之一,为设备运行管理提供了全新的视角和解决方案,通过实时监测、预测性维护和故障预警,在确保设备安全、提高生产效率和降低维护成本方面发挥着重要作用。为提高设备运行的安全性及工作效率,实现对开架式海水汽化器(ORV)振动情况的实时在线监测,尝试将用于监测动设备振动情况的在线振动监测系统应用于某LNG接收站的 ORV 设备上。ORV 设备是 Open Rack Vaporizer 的英文缩写,全称开架式汽化器,也称为液膜下落式汽化器。ORV设备的基本单元是翅片管,由86根翅片管组成一个管束板,6排管束板组成一个管束板块,而2个管束板块组成1台ORV设备。ORV设备是接收站的关键设备,工作时是利用顶部的海水喷淋装置将海水喷淋在管束板外表面,依靠重力作用自上而下流动,而液化天然气(LNG)在传热管内向上流动时与海水换热气化成NG外输。由于LNG在传热管内存在大量热交换,容易产生ORV设备本体较大幅度振动,此外ORV设备在LNG低流量运行时,更容易导致入口管道及ORV设备本体振动幅度过大,长时间如此运行存在设备损坏、管道移位、焊缝开裂、LNG一漏风险。

1.振动在线监测系统构架及工作原理

振动在线监测系统采用三层架构,由传感器载据采集层、现场数据采集层、中心控制室几个部组成。传感器负责实时监测设备的振动情况振动监测数据通过现场数据采集器采集后传输至中心控制室,再通过数据处理单元进行分析和处理。最终,用户可以通过振动在线监测系统用界面获得振动数据、趋势图表、警报信息等。

传感器采集层主要包括振动传感器,为ICP裁加速度传感器,内置电荷放大器。该传感器采用不锈钢材质,具有双层屏蔽、防水、防电磁干扰性能,能够将振动测量值转换成电信号,并通过配衮的传输电缆传送给现场数据采集器。

现场数据采集层主要包括防爆监测箱、振动数据采集器及传感器供电电源,数据采集器安装在现场防爆监测箱内,负责对现场设备的振动过程量等信号的采集、处理与上传,为系统提供高精度、高可靠性、全数字处理的输入信号数据。

中心控制室主要包括数据库、分析器、监测站及Web服务器,能够统一管理现场数据采集层设备,对各种工况下采集到的数据、发生的事件进行汇集、存储、分析,并应用专家分析系统进行设备故障诊断预警。该系统具有强大的数据存储及处理能力,可以同时对历史数据进行归纳性的趋势分析,确保该系统准确地识别现场设备当前运行状态,及时发现故障早期征兆，对故障的原因、严重程度、发展趋势做出判断,帮助系统更好地管理停车时间、优化维修计划、避免不可预见故障的发生,使机组在低风险的情况下安全运行,提高机组可靠性,有效延长设备的运行寿命。

2 振动在线监测系统的应用方案

将振动监测传感器安装在ORV设备及主体管道上,通过该系统监控ORV设备及管道实时振动数据,准确地识别机组当前运行状态,通过数据通信传输至分散控制系统(DCS),实现对RV设备振动数据的实时在线监控,能够及时发现设备故障早期征兆,对故障原因、严重程度、发展趋势做出判断,防止因振动数据超出正常范围,导致设备产生振动位移、焊缝开裂,造成ORV设备上LNG管道和G管道产生泄漏风险,杜绝人员冻伤和火灾爆炸事件发生,有效提高设备运行的安全性及设备维护效率。LNG接收站ORV设备上振动在线监测系统应用方案如图1所示。

图1 LNG 接收站ORV设备上振动在线监测系统应用方案示意

3 振动在线监测系统实施

3.1 搭建传感器数据采集层

安装振动数据监测传感器应注意以下几点:

1)振动监测传感器安装位置和方式的确定在ORV设备上安装振动数据监测传感器,按照加速度传感器相应的测量方向正确地将传感器与被测体刚性连接,一般为垂直、水平两种方向,固定方法一般采用双头螺钉,一头固定在传感器底座

中心孔处,另一端固定在旋转机械的轴承合适的位置。通过收集 ORV运行振动数据,从振动监测传感器安装位置分布的合理性、安装方式合理性:以及对ORV设备及附属管道振动在线监测效果等方面进行综合考虑,在每台ORV设备上安装5个加速度传感器,其中3个水平安装,2个垂直安装,每个传感器量程范围为10g。

2)振动监测传感器的安装。将振动数据监测传感器安装位置的管道保暖层拆除,如果将振动数据监测传感器直接安装在管道外壁上，由于LNG管道内部介质温度为一160℃左右，在该温度环境下将会对传感器工作性能产生影响,造成工作不稳定。因此,需要安装加长杆，在管道本体表面再安装2个半环形安装支架，并将2个半环形支架两侧锁紧固定,即可完成振动数据监测传感器的安装固定。振动数据监测采用ICP型加速度传感器，该传感器内部独特的双套结构,使传感器免受外界RF射频干扰和EMI电磁干扰等影响,在安装时,仅需在机壳或轴承上开一个螺孔或直接配置磁座使用。

3.2 搭建现场数据采集层

在该ING接收站ORV设备区现场安装振动数据采集器时需安装在现场防爆柜内,实现对现场ORV设备及附属管道的在线振动、转速、键相等信号的采集、处理与上传。在ORV区现场设置2台立式防爆柜,采用镀锌槽钢立柱,防爆柜内设置光电转换模块、振动数据采集器,其中,1号防爆柜安装在ORV-E旁,负责采集现场D/E/F/G4台ORV设备及附属管道上的20台振动监测传感器的数据,20台振动传感器线缆直接接人1号防爆柜内;2号防爆柜安装在ORV-B旁,负责采集现场A/B/C3台ORV设备及附属管道上的15台振动监测传感器数据,15台振动传感器线缆直接接入2号防爆内,2台防爆柜分别通过光电转换模块将电信号转换成光信号远传至中心控制室进行监测。

该LNG接收站现场敷设的电缆有电源电缆控制电缆,沿ORV设备桥架分隔板敷设。电缆

设时,应以节约电缆材料,符合规范和现场安装情况的原则;应防止电缆与电缆、电缆与其他硬物之间的扭动、摩擦或其他原因损伤电缆;避开工艺设备和管道,不影响交通及整齐美观的原则:设备的传输信号是弱信号,敷设时应远离电气供电电缆避免干扰,设备电源线要与信号线分开敷设:本安电缆与非本安信号电缆用隔板隔开敷设,现场备至桥架或接线箱、接线箱至桥架的电缆应采用穿管引下保护,并采用隔爆铠装密封接头连接()电缆(线)穿管敷设前应将电缆保护管内的杂物洁除干净,不同回路、不同电压等级的电缆,不得穿入同一保护管内,本安电缆与非本安或其他电经不穿在同一保护管内,电缆敷设完毕后要测量绝缘电阻,并符合规范要求。

电缆终端头制作应缩短绝缘层暴露时间,不应损坏绝缘层,剥削电缆时,不得损害电缆芯线和保留的绝缘层;剥去外部护套的电缆芯线及接地线、屏蔽线应加设绝缘护套,在控制室内,同一块盘中所有电缆头必须牢固地固定在同一高度上端子板接线位置应留有适当余量,长短排列整齐端子号清晰易见。

接地装置设有保护接地和工作接地两种,两种接地方式均有独立的接地极。采用线径不小于25mm'黄绿相间的多铜导线用于接地线!2,通过电气接地中心母排引至机柜内部,屏蔽电缆的屏蔽接地线必须接地可靠,且每根电缆只能有1个接地点,接在控制室内接地母线上。电缆现场接地采用钢铠外接地方式,电缆屏蔽接地在控制室内接地,控制室机柜侧仪表电缆铠装层、屏蔽层通过与接地线焊接的方式连接到电气汇流排上,并对电缆钢铠层裸露部分进行绝缘处理及安全保护[3]。具体连接方法可参考电仪设备及控制系统的接地方式,如图2所示。

3.3 搭建中心控制室

3.3.1振动在线监测系统的安装

在中心控制室安装系统服务器,搭建设备智能化故障预测与健康管理软件平台,该平台集始信号和过程量处理于一体,通过输入输出接口来接收和发送采集并处理过的数据。用户通过振动在线监测系统监控ORV设备及管道实时振动情况,可选择任意监测点进行动态监控。振动在线监测系统具备多种特征值计算模式,容纳更加复杂的工况信息,包括:峰值、峰峰值、均方根、裕度因数、峭度因数等,可以查看该测点的历史数据记录及趋势图。设置轴承型号、传动链之后,系统可以自动计算工作频率的倍频,如轴承内圈、外圈、滚动体、保持架的特征频率,以及传动链齿轮的啮合频率。上述特征值超出正常范围时,系统会发出预警,确保振动在线监测系统准确地识别机组当前运行状态,及时发现故障早期征兆,对故障原因、严重程度、发展趋势做出判断,从而可以及时排除故障隐患,避免破坏性事故的发生,也为机组检修提供可靠的理论依据。

3.3.2 实现DCS对ORV设备振动数据的实时在线监控

布置振动在线监测系统和LNG接收站DCS数据通信传输线路,完成DCS上振动数据点通信组态工作。当接收站ORV设备启动运行后,振动监测传感器开始监测ORV设备及主体管道实时振动数据,通过现场数据采集器将振动数据收集至振动系统服务器,采用Modbus RTU通信方式，将采集的ORV设备振动数据经过RS-485通信传输至LNG接收站DCS上,实现中心控制室对ORV设备振动数据的实时监控、及时调整ORV设备运行工况。

4 应用效果

将用于监测动设备振动情况的在线振动监测系统首次应用于某LNG接收站ORV设备上,巧妙采用加长杆固定支架来安装振动监测传感器当接收站ORV启动运行后,振动监测传感器开始监测ORV设备及主体管道实时振动数据,通过现场数据采集器将振动数据采集至振动系统服务器,经过 Modbus RTU 通信传输至 DCS,实现对ORV 设备振动数据的实时在线监控,能够及时调整 ORV设备运行工况。通过实时警报及早发现设备振动异常,及时发现设备故障早期征兆,对敬障原因、严重程度、发展趋势做出判断。振动在线监测系统的使用有助于实现预防性维护,减少设备突发故障所导致的停机时间，一旦发现设备存在故障风险,就可以通过提前安排维护和检修来避免设备故障的发生。通过定期监测,可预测设备维护周期,避免不必要的维护或更换零部件,降低维护成本并延长设备寿命,该方法可以大幅降低设备故障率,提高运行效率和生产效益,减少生产成本和损失。

5 结束语

振动在线监测系统在LNG 接收站ORV设备上应用,在不改变 ORV运行方式和结构形式的前提下,实现中心控制室对ORV设备振动数据的实时监控,规避设备的运行风险,及时发现设备故障早期征兆。ORV振动监控工作至关重要,中国国内LNG接收站对RV振动监测还是一块空白将用于监测动设备振动情况的在线振动监测系统应用于海油LNG接收站静设备RV上,该应用属于首次,应用效果良好,也引为今后在电动机、转动泵类动设备上的应用提供借鉴,可在全国各LNG 接收站内进行推广应用。

文章来源：《石油化工自动化》