浅析状态监测与故障诊断的应用
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作者: 姜永亮 刘延军 陈立峰 甄玉凯
摘要：本文简要介绍了设备状态监测与故障诊断技术的原理和分类，如何利用检测到的数据作出正确的分析和诊断，以便及时预测设备可能发生的故障，从而有效预防和消除故障及事故的发生。说明以设备状态监测与故障诊断技术为手段的预知维修，能主动发现问题和解决问题,把事故消灭在萌芽状态,具有很高的投资收益比。
关键词：诊断技术；状态监测
中图分类号：X783 文献标识码：A
1前言
设备状态监测与故障诊断技术体现的是主动维修的思想,我们在实际的应用中一定要所创新、有所突破，不在乎形式,而重在效果，真正发挥设备状态监测与故障诊断技术的作用。
在日趋大型化现代化的石油化工生产装置中，一旦某台设备出现故障，就有可能引起整个装置瘫痪，从而造成重大经济损失。因此针对设备状态，注重随时监视设备运行状况，从而正确地分析和诊断，能够有效的预防和消除故障及事故的发生。
2设备诊断技术
设备诊断技术主要是利用科学的检测手段，检测设备的现实状况和参数，通过对参数进行分析，从而判定产生故障的部位和原因，甚至预测设备的未来性能。
2.1基本原理
设备诊断技术是利用被诊断的对象提供的一切有用的信息，经过分析处理以获得最能识别设备状态的特征参数，以便作出正确的诊断结论。机器设备运行时产生多种信息，当其功能逐渐劣化时，就出现相应的异常信息，如机器的状态变化而产生的异常振动、噪声、温度等机械信号;机器劣化过程产生的磨损微粒、油液及气体成分变化的化学信号等。利用检测仪器对最敏感的故障特征信号进行状态监测，作出正确的分析和诊断，可以及时预测机器设备可能发生的故障。
2.2设备诊断技术的分类
2.2.1简易诊断技术
简易诊断技术主要是指测定设备的某个较为单一的特征参数以判断其状态是否正常。简易诊断技术对对人员技术素质要求不高，通常简单培训即可操作和运用，在实际生产中，通常和设备的日常检查和定期检查结合进行。一般应用便携式简易测温仪和测振仪进行检测。由于简易诊断技术仪器简单，易操作，所以应大力推广。
2.2.2精密诊断技术
定期检测或设备出现异常情况时，通常要准确地判定具体原因，就需要借助精密诊断，通常精密检测，通常可以对设备故障产生的原因、部位以及严重程度进行分析做出判断。如对机械设备的振动诊断，目的是要了解故障产生的部位及严重程度，指出故障产生的原因，预测其发展，以作为状态监测维修的依据。这种诊断方法由于精密诊断技术要求高，操作人员需要有专门的知识或培训，故要有计划地逐步开展。同时诊断时需要处理大量数据，通常要利用计算机来进行准确的计算。
3设备状态监测及监测手段
3.1状态监测与诊断技术
设备状态监测是对运行中的设备其状态的变化进行的定期检测，以随时监视设备的运行状况，合理安排维修计划，防止发生突发故障，掌握劣化规律，确保设备的正常运行。
设备状态监测所获得的数据、资料是设备技术诊断的依据，其数据的精确度对状态监测是诊断有着决定性的作用。
3.2状态监测的类型和技术
按状态监测时设备运行状态通常可以分成两大类:一是监测时无需设备停止运转，通常称为在线监测；另一种需要设备停机。按第一种方式监测时，设备的产量可以不受损失，而按第二类方式监测时，就需要利用某些设备在生产使用中定期停机或切换时进行；而按监测所用手段来分，状态监测可分为动态监测和静态监测两类。动态的监测包括温度监测、频闪观察、应力应变分析、声发射技术、腐蚀监测、振动监测、油样分析等。静态的监测包括目视检查裂纹探测、厚度测量、X射线法和激光测量法等。
本方简要介绍一下温度监测和振动监测。
3.3温度监测
机器设备长时间运转后，整体或局部的温度都将升至一定值，通常摩擦部位温度的异常变化是故障的明显标志，异常的高温往往表示故障已很严重。如轴承温度若超过标准值10℃，寿命将缩短50%。而很多设备对温度的要求会更高，如某工厂的聚合反应釜的温度严格控制在60±0.5℃，零点几度的偏差将会导致产品质量不合格。
3.3.1 温度监测装置
（1）接触式传感器：热电偶温度计、水银或酒精温度计、电阻温度计等都有一个接触式传感器。由于传感器本身对被测表面的温度会有干扰，所以感温元件应尽量小，如果条件允许，最好同被测表面连接为同一整体，以确保感温元件与被测表面之间的良好接触。
（2）非接触式传感器：主要是利用辐射能量来推算被测物体的温度，常用的有以下几种：一种旧光学高温计：当温度升至500℃左右辐射即进入可见光的频率范围。将灼热物体或气体的颜色与一加热灯丝作对比，就能测出温度值，其误差<2%。另一种是辐射高温计：利用热电元件或硫化铅元件测量发热表面的辐射能，精度2%，温度范围为20-3800℃。
（3）其它的测量设备：如测温漆、测温片和测温笔。当被测物的测温精度要求不高时，可以使用测温漆、测温笔或测温片，通过它们颜色的改变及时间来判断温度的高低。
3.3.2温度监测的作用
温度监测通常可以用来判断以下故障:
轴承损坏。由于轴承中的滚动元件损坏、接触面擦伤等原因，导致发热量增加。发热的量增加将使轴承座的表面温度升高，这种温度的升高可用热电偶等测温传感器测出。
冷却系统故障。润滑或冷却系统的故障会使热量的散发途径受阻，从而导致机件的表面温度升高。如管路、阀门或滤清器堵塞，热交换器损坏等原因。
有害物质积聚。长期运行后，烟道结焦或管内生成水垢，锅炉生成腐蚀性副产物等。由于这种有害物质的积聚，形成隔热层，会使表面温度的分布发生变化，故可用温度检测装置测出。
3.4振动监测
正常情况下，机械振动的位移、速度、加速度、频率和相位等振动参数基本是稳定的，当振动强度达到或超过某一限度时，即表明机械部分出了故障，不同的机械故障经起的振动现象各有特征。运用现代信号处理技术可以从测量结果提取有用信息，迅速找出故障的根源。
在机械设备的状态监测和故障诊断技术中，振动监测及诊断技术是普遍采用的基本方法。在工业领域中，机械振动是普遍存在并作为衡量设备状态的重要指标之一。当机械内部发生异常时，随之会出现振动加大。在机器、零部件及基础等表面能感觉到或能测量到的振动，往往是某一振动源在固体中的传播，而振动源的存在，又大都对应着设备的设计、材料或使用缺陷。例如零件原始制造误差，运动副之间的间隙，零件间的滚动及相互摩擦，或者回转机件中产生的不平衡或冲击等等，都是设备的可能振源。
由于振动诊断的理论和测量方法都比较成熟，诊断结果准确可靠，便于实施等，受到人们的普遍关注，在故障诊断体系中居主导地位，目前已广泛地应用于各种设备的状态监测及故障诊断中。
结束语
随着石油化工设备的大型化、集中化、高速化、连续化和自动化，突发的故障停机造成的损失越来越大。由于大多数设备、备件的故障间隔离散性较大，定期维修不可避免地会造成较高的维修成本和较多的设备机器失效，因此做到预知维修非常重要，主动地发现问题和解决问题，把事故消灭在萌芽状态，能有效降低维修成本，降低事故停机率，因而具有很高的投资收益比。
参考文献
[1]徐成倡，刘伯英.工厂设备管理[M].北京：化学工业出版社，1984.532.
[2]汪必忠.生产设备管理[M].北京：化学工业出版社，1991.129.
[3]严璋，朱德恒.电气设备状态监测与故障诊断技术[M].中国电力出版社，2009.
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