一、立项背景

化肥装置有“五大机组”，即原料气压缩机、空气压缩机、合成气压缩机、氨压缩机和二氧化碳压缩机，是化肥生产的核心动设备，机组通常结构复杂、控制回路多，技术含量高、故障判断难道大、检维修质量标准高、维修难道及成本大、运行环境严苛，机组一旦发生故障就会导致化肥装置停车，造成重大经济损失。

对于化肥装置中“五大核心设备”的离心式压缩机及汽轮机，需要建立先进的机组运行状态监测及故障诊断系统，提前预知设备潜在异常和隐患，采取相应措施，及时 将隐患消除在萌芽状态，避免因隐患未得到及时治理，导致机组严重损坏及装置停车，而在线状态监测是实时掌握化肥大机组运行状态及功能特性的有效方法，故障诊断是根据状态监测数据判断机组是否存在故障以及故障类型、故障损坏程度和故障位置的有效途径，基于Internet网，由专家团队对机组实现远程精密诊断。实现预知维修和智能维修，2010年由北京化工大学博华信智科技股份有限公司开发的BＨ5000在线状态监测及诊断系统在化肥大机组上得到了应用，后因数采器及工控机损坏，2019年对该系统进行了升级改造，状态监测系统的应用为及时发现大机组故障的早期征兆，避免、减缓、减少机组重大事故的发生，同时对故障排除起到了非常重要作用。

二、主要做（方）法、原理或机理

从汽轮机及压缩机测得的径向振动、轴位移、转子键相、轴瓦温度及机组转速等状态参数通过传感器、二次仪表接入本特利3500中，本特利3500具有机组状态参数报警功能，而本身没有故障频谱分析功能，不能及早发现机组潜在隐患。

BH5000由数据采集器、服务器、用户工作站（设备工程师站、设备经理站、仪表工程师站及机动处站等）、多串口联网设备及远程诊断中心组成见图1。通过Modbus通讯，由数据采集器将本特利3500中的机组参数上传至DAM1服务器，在服务器中安装了设备状态监测诊断系统软件V2.0，具有机组状态总貌图、历史比较图、常规趋势分析、分频趋势分析、波形、频谱分析、单值/多值棒图等多种常规图谱分析等21项功能，同时具有数据储存、监测、诊断、报警、预防维修集于一体，通过油田局域网，根据需要，用户工作站可实时调取机组常规图谱分析图，对机组运行状况进行分析，及早发现设备隐患，借助图谱，对机组隐患及事故原因进行分析。通过多串口联网设备将信息传至互联网，由北京博华信智远程诊断中心对机组实施精确诊断。

机组常见故障有机组喘振、轴瓦间隙不对、轴瓦巴氏合金磨损、松动、脱落、轴瓦润滑不良、转子弯曲、不平衡、地脚螺栓松动、油膜涡动、振荡、联轴器不对中、气流激振、转子共振、转子摩擦、碰撞、叶片松动、油封结碳等，针对以上故障，状态检测诊断系统提供各种故障频谱分析图，诊断专家或团队对频谱分析图进行研究，能快速确认故障部位和故障原因，提出维修建议，而频谱分析是基于机组轴振动、轴位移、键相、轴瓦温度及转速等参数而完成的。

动设备状态监测和故障诊断服务将动设备巡检管理、在线监测、故障诊断、定期出具故障分析报告及检维修建议作为日常工作的主要内容。通过专业分析诊断软件和人工分析诊断相结合、精密诊断与常规检查相结合的方式，塔里木石化分公司将逐步建立一套完整统一的动设备巡检（离线、在线）、分析、诊断、检维修管理体系

三、创新亮点和值得学习借鉴之处

（1）状态检测技术为创新构建现代化工企业设备管理新模式奠定了基础，可有效改变原有的维修机制，变事后维修为事前维修，变计划维修为预知维修。

（2）状态监测及诊断系统能及时发现机组故障的早期征兆，采取相应措施，避免、减缓、减少机组重大事故的发生。

（3）状态监测系统基于Internet网对机组实施全天监测，可由专家团队对机组实现远程精密诊断。

（4）状态监测系统具有多种图谱分析功能，与数据库案例对比，快速诊断机组故障。

（5）状态监测系统根据图谱分析，快速诊断出压缩机带水振动及汽轮机结碳振动，确保了机组安全、稳定运行。

四、实施应用前后效果（益）情况对比

4.1原运行主要指标

（1）设备维修模式是预防性维修，结合事后维修，这种维修体系即不经济又不合理，最大问题是“维修不足”和维修过剩。

（2）无法预测机组故障的早期征兆，易造成设备劣化，甚至导致机组重大事故的发生，维修费用及维修时间大大增加。

（3）故障诊断基于经验，技术支持不足，在一定程度上易造成机组故障的错诊和漏诊。

4.2科技成果实施后运行主要指标

（1）基于设备状态监测系统，逐步改变维修模式，将预防性定期维修和事后维修过渡到状态维修和事前维修。

（2）基于状态监测系统，能实时监测机组运行状态，及早发现故障的早期征兆，将故障消除在萌芽状态，避免设备恶化。

（3）基于状态监测系统多种图谱分析功能，机组异常与数据库案例对比，由专家团队对机组实现远程精密诊断。

4.3科技成果实施后经济效益

状态监测技术的运行，可有效减少突发事故和停机时间，延长设备检修周期，减少设备备品备件及设备维修费用，据统计，每年设备维修费用可减少25～50%，故障停车时间可降低75%。

（1）化肥“五大机组”每年平均维修费用为600万元，状态监测技术运用，每年设备维修费用可减少40%，其效益采用2011版《塔里木油田公司科技成果推广应用效益计算方法指导手册》中公式15计算：

?S1＝( M－R)×(1－30%)

＝( 600－8.89)×70%

＝593.777万元

式中：?S1—科技创新节约的资金，万元；

M—机组年费用费用，600万元；

R—项目实施费用,80万元/9年＝8.89万元。

（2）状态监测技术运用年避免装置停车一次，据财务测算装置停车一次直接损失（停、开车），合成为788万元，尿素为160.8万元，采用2011版《塔里木油田公司科技成果推广应用效益计算方法指导手册》中公式16计算：

?S2＝Do×C×(1－30%)

＝ 1×948.8×70%

＝900.56万元

式中： ?S2—采用科技成果后直接经济效益，万元；

DO—科技成果应用后化肥装置少停车次数;

C—装置停车一次的损失，788＋160.8＝948.8万元.

（3）状态监测技术运用可减小停机时间，每年按减少停机时间7天计，其效益采用2011版《塔里木油田公司科技成果推广应用效益计算方法指导手册》中公式12计算：

?S3＝ D×T1×C×(1－30%)

＝ 2620×7×1600×70%

＝2054.08万元

式中：?S3—采用科技成果后的年新增产值，万元；

D—化肥装置满负荷尿素产量，2620吨/天；

T1—采用科技成果后新增产值的工时，3天；

C—每吨尿素的价格，1600元/吨。

（5）年经济效益

合计：593.777＋900.56＝1494.337万元.

（6）三年经济效益

新增产值6162.24万元，新增利润4483.011万元

五、可推广应用范围

可用于石油、化工、煤炭、电力、运输、航空等行业