Общие принципы и технология вибромониторинга

Программное обеспечение  системы включает в себя модуль измерения  и вычисления первичных параметров, вычислительно-диагностический модуль анализа полученных данных (экспертная система), модули отображения информации на экране диагностической станции, речевого вывода, анализатора сигналов с автоматическим формированием спектральной матрицы, журнала механика-электрика, печати протоколов, связи по коммутируемым каналам Ethernet по протоколу TCP/IP.

Автоматическая экспертная система поддержки принятия решений  в качестве входных данных использует информацию о текущих значениях  диагностических признаков, их временных  трендах и спектральных характеристиках  сигналов. Имеется встроенный язык для описания правил экспертной системы. Экспертная система имеет свойство инвариантности к параметрам диагностируемого оборудования, что обеспечивает диагностику  даже при недостаточной информации о конструктивных особенностях оборудования. В автоматическом режиме без участия  специально обученного персонала (диагностов) экспертная система автоматически  определяет дефекты и неисправности  оборудования и указывает перечень работ, выполнение которых переведет  оборудование в допустимое для дальнейшей эксплуатации состояние [6].

Сетевые возможности системы  обеспечиваются встроенной поддержкой коммутируемых (телефонных) сетей, использующих модемы для передачи данных и поддержкой сетевых протоколов НТТР и TCP/IP. Имеется  возможность публикации данных на встроенном Web-сервере, что обеспечивает доступ к данным системы любых пользователей, оснащенных стандартным программным  обеспечением для работы в Интернет.

Преимуществами данной системы являются:

- получение более полной (по сравнению с другими системами) информации о комплексном объекте;

- обнаружение даже эпизодически проявляющихся дефектов, а также процесса их развития во времени благодаря непрерывности процесса диагностирования;

- высокая помехоустойчивость измерительных каналов благодаря использованию специальных схемных решений;

- усиленная защита элементов системы от повреждения в реальных производственных условиях;

- возможность диагностики объектов с высокими рабочими температурами (до +500 ⁰С и выше);

- возможность определения величины изменения линейных размеров объектов (например, при изменении температуры) и скорости этих изменений;

- возможность сравнения качества проведения технологических процессов в различных технологических циклах с отслеживанием их нарушений;

- определение и вывод на монитор/принтер параметров процессов (средних, эффективных, минимальных и максимальных значений) и их статистических оценок;

- архивирование результатов в специальной базе данных, вывод на монитор или принтер трендов по любым параметрам в интервале времени от 12 часов до 9 лет;

- предупреждение персонала о недопустимом состоянии диагностируемого оборудования речевыми сообщениями;

- высокая экономическая эффективность и быстрая окупаемость;

- встроенная экспертная система для автоматической диагностики технического состояния объекта, позволяющая по данным измерений автоматически установить точную причину возникшей неисправности;

- контроль исполнения предписаний системы посредством сетевых технологий (Ethernet, Web-публикации);

- разрешение Ростехнадзора к применению во взрывоопасных и вредных производствах нефтехимической и других отраслях промышленности по классу 0ExiaIICT6 [6].

Областями применения комплексного мониторинга данной системы могут быть:

- нефте-газоперерабатывающая промышленность (диагностирование насосно-компрессорного оборудования, химических реакторов, сосудов давления, трубопроводов и др.);

- газо- и нефтедобывающая промышленность;

- тепловая энергетика (диагностирование реакторов, котлов, трубопроводов, элементов генераторов и др.);

- нефтехимическая, химическая промышленность и т.д.;

- нефтеналивные и продуктовые терминалы;

- металлургическая промышленность;

- горнорудная отрасль;

- коммунальное хозяйство;

- железнодорожный транспорт;

- машиностроение.

Рассмотрим подробнее  принципы работы данной системы.

Информация о состоянии  оборудования представляется на экране «МОНИТОР» системы «КОМПАКС®». При этом хорошо видны субъекты оборудования, выделенные желтым и красным цветами, которые имеют состояние «ТРЕБУЕТ ПРИНЯТИЯ МЕР» и «НЕДОПУСТИМО». Кроме этого, на экране присутствуют и другие обозначения о состоянии оборудования: серый цвет оборудования – находится в резерве; коричневый – находится в ремонте; коричневый уголок на сером фоне – агрегат отремонтирован, но запись в «Журнале механика» о виде ремонта не сделана; синий треугольник – неисправен измерительный канал; зеленый, желтый, красный треугольники на сером агрегате – агрегат остановлен соответственно в состояниях «ДОПУСТИМО», «ТРЕБУЕТ ПРИНЯТИЯ МЕР», «НЕДОПУСТИМО» (рисунок 1). Надписи в правом верхнем углу экрана – сообщения экспертной системы поддержки принятия решений, которая для определения состояния узлов насоса и привода использует параметры тока потребления, температуры и около 30 параметров виброакустического сигнала с одного вибропреобразователя.

 

Рисунок 1 – Экран «МОНИТОР» системы мониторинга динамического оборудования [6]

 

Одним из сложнейших объектов диагностики и мониторинга является поршневой компрессор. Система «КОМПАКС®» по почти 30 параметрам виброакустического сигнала с одного вибропреобразователя, температуры, давления определяет техническое состояние основных узлов компрессора – деталей цилиндропоршневой группы и кривошипно-ползунного механизма, клапанов, коренных подшипников и присоединенных конструкций (трубопроводов, ресиверов и т.п.), а также контролирует правильность процесса компримирования. Экран «МОНИТОР» представляет информацию о состоянии узлов поршневого компрессора также в виде выделения зеленым, желтым и красным цветами соответствующих узлов компрессора (рисунок 2). Информация об измеренных параметрах и результатах работы экспертной системы сохраняется в виде трендов (рисунок 3) и сигналов.

 

Рисунок 2 – Экран «МОНИТОР» поршневого компрессора [6]

 

Системы обеспечивают мониторинг состояния статического оборудования и надежную регистрацию в условиях высокого уровня индустриальных помех, позволяют интегрально оценивать  состояние объектов, обеспечивают локализацию  областей возникновения и/или роста  дефектов. Встроенная система автокалибровки обеспечивает проверку работоспособности  каналов системы, проверку правильности установки датчиков и настройки  системы локации.

 

Рисунок 3 – Экран «ТРЕНД» диагностических признаков с выводом сообщений экспертной системы поддержки принятия решений [6]

Статическое оборудование представляется на экране «МОНИТОР» также в виде схематичного изображения объекта  мониторинга и в виде карты  локации источников АЭ сигналов (рисунок 4).

 

Рисунок 4 – Экран «МОНИТОР» системы мониторинга статического оборудования с разверткой корпуса реактора [6]

 

В качестве примера представления  получаемых системой данных приведены 4-суточные тренды скорости изменения  температуры VT корпуса одной из камер (рисунок 5). На трендах видны превышения порогов, допустимых по технологическому регламенту. Очевидно, что без применения системы комплексного мониторинга невозможно было бы отследить данные превышения. По результатам эксплуатации системы для исключения тепловых ударов и резких перепадов температур разработаны мероприятия, которые значительно увеличивают ресурс работы коксовых камер, не увеличивая время цикла работы.

1 – начало опрессовки; 2 – начало коксования; 3 – охлаждение  кокса

 

Рисунок 5 – Тренд скорости изменения температуры VT [6]

 

Акустико-эмиссионным методом  неоднократно обнаруживались развивающиеся  дефекты корпуса камеры, которые  затем подтверждались при проведении капитального ремонта. Тренд накопленной  энергии, по которому был обнаружен  один из дефектов – отслоение плакирующего слоя корпуса камеры – приведен на рисунке 6. На тренде отчетливо видно экспоненциальное увеличение накопленной энергии, что отражает процесс повышенного трещинообразования. Затем процесс резко прекратился вследствие отрыва относительно небольшого участка плакирующего слоя.

 

Рисунок 6 – Тренд накопленной энергии АЭ импульсов [6]

Ввиду высокой чувствительности акустико-эмиссионного метода к дефектообразованию впервые появилась возможность  отслеживать правильность ведения  технологического цикла персоналом, обслуживающим опасные производственные объекты.

 

 

Заключение

 

Важнейшей проблемой безопасной эксплуатации производств является обеспечение наблюдаемости технического состояния оборудования (объектов) этих производств, существенным образом  влияющих на технико-экономические  показатели производства и возникновение  техногенных инцидентов.

Обеспечить наблюдаемость  технического состояния оборудования  и производственных комплексов можно путем мониторинга, т.е. наблюдения за техническим состоянием входящих в него объектов мониторинга с целью определения текущего технического состояния и предсказания момента их перехода в предельное состояние.

Результат мониторинга объекта  представляет собой совокупность диагнозов составляющих его субъектов (конструкция, машина, узел, механизм), получаемых на неразрывно примыкающих друг к другу интервалах времени, в течение которых состояние оборудования существенно не изменяется.

Принципиальным отличием мониторинга состояния от мониторинга параметров является наличие в первом интерпретатора измеренных параметров в термины технического состояния (конкретные неисправности) – экспертной системы поддержки принятия решения о состоянии объекта и дальнейшем управлении.

 

 

 

 

 

 

 

Список использованных источников

 

1. Костюков, В.Н. Мониторинг безопасности производства / В.Н. Костюков. – М.: Машиностроение, 2002. – 224 с.
2. Костюков, В.Н., Бойченко, С.Н., Костюков, А.В. Автоматизированные системы управления безопасной ресурсосберегающей эксплуатацией оборудования нефтеперерабатывающих и нефтехимических производств (АСУ БЭР – КОМПАКС®)/ Под ред. В.Н. Костюкова. – М.: Машиностроение, 1999. – 163 с.
3. Костюков, В.Н., Науменко, А.П. Практические основы вибродиагностики машинного оборудования: Учеб. пособие / Под ред. В.Н. Костюкова. – Омск: Изд-во ОмГТУ, 2002. – 108 с.
4. Муромцев, Ю.Л. Безаварийность и диагностика нарушений в химических производствах / Ю.Л. Муромцев. – М.: Химия, 1990. – 144 с.
5. Яковлев, О.В. Информационный мониторинг риска чрезвычайных ситуаций: от истоков возникновения до наших дней / О.В. Яковлев // Научные и образовательные проблемы гражданской защиты. – 2008. – № 1. – С. 21-27.
6. Комплексный мониторинг оборудования [Электронный ресурс]. Дата доступа: 19.12.2012. Режим доступа: http://www.ndt.by/catalog?sobi2Task=sobi2Details&catid=175&sobi2Id=207.