泵和电机状态监测的最佳实践

泵和电机是工厂中最重要的机械设备之一。它们通常是生产流程不可或缺的部分，广泛应用于各个行业，用于输送液体、增压或使系统内的流体循环。在众多生产流程中，包括石油和天然气开采、化工加工、供水、污水处理、冷却系统等，泵和电机都发挥着至关重要的作用。

在离心泵中利用离心力使液体加速，或通过容积式泵抓取一定量的液体并将其物理推向所需位置，从而将液体从一个地方输送到另一个地方，这两种泵通常都由电机驱动。容积式泵又可进一步分为往复式泵和旋转式泵。

维护泵和电机有助于延长其使用寿命，还能避免生产流程放缓，而生产流程放缓最终会影响生产。优先对泵和电机进行振动监测，通过观察旋转和往复运动设备的状态，你会发现生产运营有显著的不同。监测振动的显著变化能让你在机器严重损坏之前采取措施。

泵和电机的维护归结为识别和解读影响它们的各种作用力。设备的可靠性取决于泵和电机各部件协同工作的效果。如果泵出现诸如轴承磨损、轴不对中、泵气蚀或其他故障，可能会影响电机的振动水平以及泵的正常运行。振动监测为操作人员和技术人员设定了一个基准，帮助他们了解问题何时开始出现，以便尽早解决。这样，他们就能主动控制局面，而不是在事故发生后才做出反应。

虽然很少有人会质疑泵和电机状态监测的重要性，尤其是考虑到生产停工的成本，但实际情况是，这些设备很少像工厂中其他更关键的机械设备那样受到重视。然而，尽管泵和电机应用广泛，且监测往往有限，但它们并非不会发生故障。接下来，我们将探讨如何实施状态监测的最佳实践，以及为何投资更全面的监测策略是明智之举。

维护策略
机械设备的管理与企业从每台机器中获得的价值直接相关。振动监测是一种能在机器故障影响经济效益之前，就察觉到问题的方法。

1. 故障运行（最差策略）： 这是成本最高的运行方式，即让机器一直运行直至故障，然后进行更换。

2. 预防性维护（较好策略）：定期对机器进行维修，而不考虑机器的实际状况。通常情况下，预防性维修对机器造成的损害可能比不维修更大，这是成本第二高的运行方式。

3. 预测性维护（更好策略）：根据机器的实际状况进行维修。操作人员利用振动监测、热成像和润滑分析等预测技术，可大幅削减维护成本。关键在于操作人员需要持续投资永久性振动监测，并将其与现有控制系统（如可编程逻辑控制器（PLC）、数据采集与监视控制系统（SCADA）、远程终端单元（RTU）等）集成。

4. 主动维护（最佳策略）：同样基于振动监测、热成像和润滑分析等预测技术，根据机器的实际状况进行维修。这些工具将持续振动监测与工厂工艺参数（如压力、流量、功率水平、产能等）的数据关联起来。这是运行成本最低的方式，但初始启动成本最高。

振动监测的好处在于尽可能让操作人员深入了解机器状况。机械故障很少凭空发生。在工厂关闭一台机器之前，通常会有许多迹象，但如果没有合适的振动监测设备，这些迹象并不总是能被察觉。这就是投资预测性和主动维护计划的意义所在。

数据收集方法
监测机器的最佳方式是在每个轴承处安装XY振动传感器、进行轴位移监测并设置相位触发器。然而，考虑到监测系统若能在三年内节省一天的停机时间，其潜在投资回报率，这种全面的监测往往并不实际。以发电厂为例：

150兆瓦联合循环燃气发电厂案例
为确保发电厂正常运行，设备必须处于良好状态。例如，燃气轮机、蒸汽轮机、相关发电机、给水泵、凝结水泵、冷却系统等，在开始运行前都必须正常工作。

每兆瓦时（MW-hr）电力出售给批发客户的最低利润为45美元（即每千瓦时0.045美元）。因此，一小时的非计划停机时间意味着6750美元的机会损失成本（150兆瓦时/小时×1小时×45美元/兆瓦时 = 6750美元）。一天的非计划停机时间会导致每天162000美元的机会损失成本（6750美元/小时×24小时 = 162000美元）。客户价值 = 维修成本 + 非计划停机时间成本，每天至少162000美元。

注：联合循环发电厂内的部分组件可能是冗余的，或者在不可用时可能会降低电厂产能。这适用于凝结水泵、冷却水泵、冷却塔风扇等，意味着它们对电厂的经济影响较小。例如，假设一台循环水泵停止运行，电厂产能降低20%。这意味着客户价值为上述计算值的20%，即每天32400美元（162000美元/天×20% = 324000美元）。

在这种情况下，循环水泵可能不值得安装完整的振动监测系统，但在每个轴承处安装XY速度传感器、进行轴位移监测以及转速监测是可行的，所有输出信号都可传输至控制系统。

换句话说，燃气轮机、蒸汽轮机、相关发电机和给水泵安装完整的迈确（Metrix）传感器套件（例如XY轴承振动监测、轴位移监测、每转一次的相位标记以及机械保护系统）并完全集成到工厂信息网络是合理的，因为仅避免三年内一天的停机时间所节省的成本就足以证明这笔费用是值得的。而凝结水泵、循环水泵和冷却塔风扇，鉴于同样在三年内节省一天停机时间的标准，采用以控制系统作为停机系统的较简易监测系统更为合理。迈确经常看到客户根据投资回报率计算，使用一两个迈确振动传感器或迈确5580/SW5580，或DATAWATCH IX解决方案，并集成到相应的控制系统和工厂信息网络中。

如今传感器解决方案非常灵活，发电厂即使在最偏远的区域也能轻松使用。这让工程师和技术人员在无需冒险的情况下，就能获得所需的灵活性来完成工作。

机械设备健康监测
泵和电机监测系统的实施可能并不复杂，但需要专业知识来设置系统并确保监测工作正常进行。我们发现，在设定警报和停机值时，使用统计平均值是有效的。随着时间推移，当机器处于恒定负载和速度下时，其振动水平变化符合正态分布。也就是说，振动变化在平均值两侧均匀分布。由于振动通常呈正态分布，平均值和标准差就有了实际意义。人们可以运用标准控制理论，利用标准差来设定警报和危险级别。警报级别可设置为平均值加减两个标准差作为警报阈值，危险警报则设置为平均值加减三个标准差。与平均值相差三个标准差，意味着振动水平变化显著，需要进行调查。

在准确收集数据方面，泵和电机面临一些独特挑战。例如，泵阀的设置会因机器内的流体流动而影响泵的性能。如果吸入阀关闭，机器会出现流量损失，由于叶轮叶片上缺乏作用力（叶片与扩散器出口狭窄空间之间没有切水作用），实际上可能会使振动水平下降。机器内无流体流动会导致冷却不足，进而可能引发泵故障。上述的低警报阈值应能提醒你注意这种不良的阀设置情况。另一种情况是，当泵的净正吸入压头（NPSH）不足时，由于汽泡破裂产生的气蚀现象，振动水平预计会上升。气蚀会产生宽带噪声，激发泵及其相关结构内的众多共振频率。

优化机器维护的提示和要点
对于泵和电机，必须做好正确安装、润滑、对中、平衡和监测工作。任何一个最佳实践环节走捷径，都将导致泵和电机过早损坏。如果泵和电机是工艺流程的关键部分（或者即使它与工艺流程的关键部件有相互作用），从长期来看，投资振动监测系统能节省成本。

考虑单次故障的成本时，不仅要考虑直接维修或更换成本，还要考虑无法挽回的生产损失。节省一天的停机时间就意味着节省资金。在迈确，我们认为如果能在三年内为你节省一天的停机时间，那么所采用的振动监测系统的成本就是合理的。投资回报率是确定泵和电机组合应采用何种监测程度的关键计算指标。

如果你对投资回报率计算有任何疑问，请联系迈确的代表，我们很乐意研究你的工艺流程，并根据避免计划外停机所节省的成本进行评估。