本文介紹了應(yīng)用智能無線HART技術(shù)監(jiān)測重要設(shè)備性能參數(shù)，提高工廠設(shè)備運(yùn)營管理重要性。
截止到目前，在運(yùn)行多年的工廠中，其儀表是按照能夠完成最基本的過程控制數(shù)量來配置的。如果要提高過程設(shè)備的利用率,提升能源效率,減少維護(hù)成本,減輕安全和環(huán)境事故則需要增加額外的測量儀表。
無線儀表的安裝和使用的便捷性，為舊工廠改造，實現(xiàn)現(xiàn)代化工廠，提供了很好的解決方案。
在工廠中，昂貴的壓縮機(jī)、大型機(jī)泵等關(guān)鍵資產(chǎn)已經(jīng)配備保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)。由于傳統(tǒng)的機(jī)械保護(hù)和設(shè)備監(jiān)測系統(tǒng)成本較高，其他的設(shè)備應(yīng)用監(jiān)控系統(tǒng)的可能性明顯降低。大多數(shù)沒有在線監(jiān)控的設(shè)備對于生產(chǎn)運(yùn)行依然是是重要設(shè)備，這些重要設(shè)備通常采用手動點檢方式完成監(jiān)控。最初設(shè)計時，這些重要設(shè)備通常有備用設(shè)備，但隨著項目的改造和擴(kuò)張，很多工廠將備用設(shè)備也投入到生產(chǎn)運(yùn)行中，備用設(shè)備的意義也就不存在。
每月人工巡檢收集的數(shù)據(jù)的頻率不足以捕捉到設(shè)備問題的信息，工況的變化經(jīng)常造成設(shè)備故障。意外的設(shè)備故障將導(dǎo)致工藝過程停工并帶來安全隱患，帶有故障隱患的設(shè)備連續(xù)運(yùn)行時，最終將導(dǎo)致對設(shè)備更大的損壞。
對設(shè)備監(jiān)控需要增加額外的測量儀表，由于前期工廠設(shè)計很少包含這些測點，如應(yīng)用傳統(tǒng)有線方法，增加測點就需要鋪設(shè)電纜、增加槽板和重新分配分線盒。WirelessHart無線儀表大大降低了增加測量儀表的風(fēng)險和投資，其無線多路徑、網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)等特點，省卻了所有需要增加的電纜。
換熱器監(jiān)測
在煉油廠，工藝操作的主要挑戰(zhàn)來自原油預(yù)熱換熱器單元，原油瀝青質(zhì)沉淀或脫鹽設(shè)備性能差引起其結(jié)垢，從而降低了換熱器的管程和殼程的換熱效率。當(dāng)換熱器結(jié)垢時，其下游火焰加熱器的必然增加熱量需求,從而增加燃料成本。在換熱器達(dá)到它的最大容量時，必須降低換熱能力以滿足過程溫度的需求，這就降低了能源利用率。
頻繁清潔換熱器顯然是不實際的，因為停車才可以進(jìn)行清潔操作。如果換熱器結(jié)垢嚴(yán)重，必須將其吊離廠區(qū)外進(jìn)行清潔。因此，對換熱器清潔時間進(jìn)行優(yōu)化操作是必須考慮的因素。
在現(xiàn)今的工廠中，操作人員一般不清楚每個換熱器的結(jié)垢率。利用手工測量熱流體的參數(shù)非常困難，并且對大量的換熱器測量也需要耗用時間，這就造成了操作人員不能確認(rèn)結(jié)構(gòu)的累積程度。缺少信息則不能做出相應(yīng)的決策和計劃，即在清潔換熱器成本和增加額外的燃料成本的策略上無法明確選擇。
接下來的問題是，當(dāng)被加熱的流體離開結(jié)垢換熱器流動到下一個換熱器時，其溫度高于換熱器設(shè)計值。這可能造成對換熱器的損害。當(dāng)換熱器嚴(yán)重結(jié)垢時，其堵塞會引起管線內(nèi)流體的正常流動。
維修人員如果需要了解換熱器性能數(shù)據(jù)，那么應(yīng)每日及時收集分析結(jié)垢數(shù)據(jù)并制定維修計劃。唯一可行的方法是自動監(jiān)控每個換熱器的結(jié)構(gòu)率，利用新的監(jiān)測方案，即無線單點或多點溫度變送器，監(jiān)測每個換熱器的冷熱流體出口和入口的溫度。
現(xiàn)場測量數(shù)據(jù)通過智能無線網(wǎng)關(guān)，集成到資產(chǎn)監(jiān)控軟件和工廠信息數(shù)據(jù)庫，和流量數(shù)據(jù)一起計算冷熱端熱負(fù)荷、平均熱負(fù)荷、熱負(fù)荷偏差，以得到換熱系數(shù)，矯正的換熱系數(shù)和結(jié)垢系數(shù)等，應(yīng)用軟件歷史趨勢功能，得到全部換熱器的結(jié)垢系數(shù)的變化趨勢。
進(jìn)一步分析這些測量數(shù)據(jù)，也可以為操作員提供換熱器需要清洗的提示和維護(hù)計劃的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，以便在需額外增加燃料費(fèi)用和清潔成本的費(fèi)用之間做出維護(hù)計劃。
當(dāng)換熱器溫度接近其設(shè)計限制時，將產(chǎn)生溫度高報報警，同時根據(jù)冷熱端壓力下降數(shù)據(jù)也可以早期發(fā)現(xiàn)換熱器堵塞問題。因此,采用無線監(jiān)測方案可以實現(xiàn)對換熱器管理，減少能量損失，防止產(chǎn)量下降，優(yōu)化換熱器清洗的維護(hù)周期，并減少維護(hù)成本，避免不必要的化學(xué)品清潔和維護(hù)成本。此外，可以避免和預(yù)防過熱損壞及嚴(yán)重堵塞熱交換器和的情況出現(xiàn)，消除換熱器脫焦的成本。
機(jī)泵健康狀態(tài)監(jiān)測
一個工廠可能有一百臺以上的機(jī)泵設(shè)備，許多因素可能影響到泵的正常運(yùn)行。有時，一臺泵的故障可能導(dǎo)致一個裝置或整個工廠停工。
泵入口過濾器堵塞造成入口壓力下降，吸入壓力下降可能引起氣穴。氣穴的產(chǎn)生也可能由于出口限流閥流量，造成出口壓力上升。這將導(dǎo)致整個葉輪內(nèi)部循環(huán),流體變熱并蒸發(fā)，最終引起氣穴。有時，操作員可能無意中設(shè)置了低流量定值也會導(dǎo)致氣穴。氣穴將引起葉輪損傷進(jìn)而造成轉(zhuǎn)子不平衡和振動。
振動也將引起其他問題。比如振動可能引起機(jī)泵軸的不對中、軸承磨損、潤滑不足、損壞或安裝螺栓松動等。當(dāng)振動引起軸承過度磨損時，最終導(dǎo)致泵損毀，隨之帶來的是維修時間長、修理費(fèi)昂貴，裝置停工。振動也會增加泵的密封壓力，引起密封故障和泄漏。而密封泄漏可能導(dǎo)致生產(chǎn)中斷、排放、清理故障，甚至發(fā)生火災(zāi)。
潤滑不良可能導(dǎo)致軸溫過高最終停機(jī)。同樣，轉(zhuǎn)子抱死、過載、環(huán)境溫度過高、電壓不平衡、高/低電壓和通風(fēng)阻塞等現(xiàn)象，都會導(dǎo)致電動機(jī)繞組溫度過高，以致永久損傷繞組，縮短壽命，最后可能帶來絕緣擊穿和電機(jī)故障。對少數(shù)關(guān)鍵的泵，現(xiàn)場通常采用手動振動測試儀定時監(jiān)測。然而,定期手動檢查獲取的數(shù)據(jù)頻次太低，無法捕獲即將發(fā)生的泵的故障。如果泵是間歇運(yùn)行的，那么操作員在巡檢周期內(nèi)可能無法得到運(yùn)行數(shù)據(jù)。
唯一可行的方法是自動監(jiān)測泵和電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)，這種新的解決方案可以自動采集大量機(jī)泵設(shè)備的相關(guān)數(shù)據(jù)：
一臺無線振動變送器可以帶有2個傳感器，采用PeakVue 值(峰值加速度)監(jiān)測振動時可以監(jiān)測到大部分的異常情況。注意，如果是采用振動總量數(shù)據(jù)監(jiān)測，那么發(fā)現(xiàn)問題就太晚了。
圖 9420無線振動變送器通過無線自組網(wǎng)將全面的振動信息，包括高分辨率頻譜和波形，傳送給運(yùn)行和維護(hù)人員。
一臺無線差壓變送器監(jiān)測過濾器差壓。
對密封壓力，無線壓力變送器測量密封液壓力以確定壓力不足。對于不耐壓密封，它通過檢測密封液壓力的升高，來判斷內(nèi)側(cè)密封泄漏造成過程流體進(jìn)入到輔助密封沖洗水罐中。
2臺液位無線開關(guān)變送器，高液位開關(guān)通過監(jiān)測密封液高液位判斷內(nèi)密封泄露，低液位開關(guān)通過監(jiān)測密封液低液位判斷內(nèi)密封泄露。
圖2.羅斯蒙特 3051S MultiVariable?無線壓力變送器可幫助用戶更深入地觀察其過程，且無需增加安裝成本。
烴檢測傳感器放置在機(jī)油盒底部或泵周圍，離散輸入無線變送器檢測油氣泄漏。
4臺無線溫度變送器監(jiān)測軸承和電機(jī)繞組的溫度。
圖3.羅斯蒙特 848T 無線溫度變送器
并不是所有的泵都需要這些監(jiān)視點。機(jī)泵的健康狀態(tài)監(jiān)測方案可以按照每個工廠情況定制。來自重要泵設(shè)備的全部測量數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)關(guān)送至軟件獲得數(shù)據(jù)趨勢，通過軟件進(jìn)一步分析，為操作員提供決策所需分析數(shù)據(jù)依據(jù)。
因此,無線機(jī)泵健康監(jiān)測解決方案可以早期監(jiān)測過濾器堵塞情況，在氣穴發(fā)生前發(fā)現(xiàn)問題。
注意，報警信息必須要顯示給操作員，而不僅僅是維修人員。密封泄漏在過程或沖洗液中可以早期監(jiān)測。碳?xì)浠衔锏谋O(jiān)測可以監(jiān)測泄露，電機(jī)繞組過熱可以監(jiān)測線圈的損壞。而軸承溫度升高則可以作為軸承損壞的判據(jù)。
疏水閥監(jiān)測
疏水閥的使用壽命通常在4年，例行年檢中，會有25%的疏水閥出現(xiàn)故障，需要更換或者修理(數(shù)據(jù)來自AIChE,美國化學(xué)工程研究，02 2011)，但是在一個工廠中，可能有上千臺疏水，根據(jù)疏水閥尺寸和蒸汽壓力不同，由于疏水閥的故障每年會給工廠帶來上百萬美元的損失。
隨著時間的推移,疏水閥也會被腐蝕，導(dǎo)致疏水閥故障—“泄漏”，這將導(dǎo)致管道中蒸汽流過疏水閥成為凝結(jié)水進(jìn)入回收管線，造成能源浪費(fèi)，提高能源成本，對高壓蒸汽的損失尤為明顯。同時，冷凝水可能阻塞排水到回流的管線，使得疏水閥“凍”,造成疏水閥碎裂，如果這種冷凝發(fā)生在渦輪電機(jī)、熱交換器等設(shè)備處，盤管過熱將導(dǎo)致渦輪機(jī)損壞或降低換熱器效率。
圖4.現(xiàn)場安裝的 708 無線聲波變送器
現(xiàn)在可以通過無線技術(shù)產(chǎn)品，例如無線708聲波變送器和1420無線網(wǎng)關(guān)等可以實現(xiàn)全天候24小時的疏水閥狀態(tài)監(jiān)測。無線聲波變送器可以實時監(jiān)測所有關(guān)鍵疏水閥，網(wǎng)關(guān)可以將疏水閥的監(jiān)測數(shù)據(jù)上傳到上位機(jī)，SteamLogic軟件是708變松器的自帶監(jiān)測軟件，可以顯示設(shè)備堵塞、泄漏、正常工作三種狀態(tài)以及詳細(xì)信息，從而實現(xiàn)對疏水閥的實時監(jiān)測，從而提高設(shè)備正常運(yùn)行時間、延長疏水閥使用壽命、節(jié)約能源費(fèi)用并降低維護(hù)成本。
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