油液状态故障智能预警与诊断系统

一、概述

钢铁行业属于资产密集型企业，设备自动化程度高、生产连续性强，炼铁、炼钢、热轧和冷轧阶段涉及到众多大型机组，如：热轧机、精轧机、粗轧机、轧机减速风机、干燥风机、平整排雾风机、助燃风机、废气风机、循环风机、连退热凸度风机、酸再生废气风机、上压风机、除尘风机、循环冷却风机、冷却风机、定宽机、卷取机、开卷机、汽轮机组焦化提升机、拉矫机等，该类机组结构庞大复杂，连续运行时间长、转速高，控制系统精密，自动化程度高，制造周期长，检维修困难，一旦发生故障，轻者引起装置停产，重者会造成机毁人亡的重大恶性事故，因此设备安全等级高于其他类型企业。

 实际运行中钢铁机组的润滑、液压系统因液压油或者润滑油污染（颗粒度）超标而被迫停机的事情常有发生，这就给钢铁企业带来极大的损失。对于机组润滑来讲，在2013年钢铁机组非停统计中，因机组润滑原因引起非停或降出力事件占全年非停事件中的26.7%。因此，强化对钢铁机组油系统的管理与监控，才能做到防患于未然。

二、现 状

钢铁厂机组油液状态在线监测已经成为新的前沿技术并加以推广。未来的技术提升已将预测性维修，改善可靠性作为主要目标。因此实时在线监测机组润滑系统的工况与磨损状况以及液压系统的污染情况，能及时发现早期故障征兆，采用相应的解决措施以防止重大事故的发生。这也是目前国际上提倡的“预防性维护”措施；如美孚石油（Mobil）的Signum的项目和壳牌公司(Shell)的润滑管理均是以此为基础。 

三、解决方法

钢铁机组的润滑、液压系统的油质好坏以及钢铁机组的齿轮、轴承的磨损情况直接关系到机组运行的安全性和经济性。

轴承用的润滑油质劣化的主要原因是油中的水和空气。油中的水破坏油膜的连续性和强度，降低油的运动粘度，恶化润滑性能，改变轴承动、静特性，能使油液产生酸性物质腐蚀元件，并生成氧化铁颗粒，加剧磨损和金属脱落。而油中溶有空气，会加速油的氧化，增加系统中的杂质污染，破坏油的正常润滑作用。所以润滑油的监测主要监测两个方面，第一，实时监测轴承的磨损情况；第二，实时监测润滑油的品质。

另外，液压油系统中油污染度超标、压力不足或者油中的杂质阻塞油路使供油量不足等等的材质和设备方面的问题都需要一种状态检修的手段。所以，液压油主要监测油的污染度以及水分粘度等理化特性。

因此，在钢铁厂机组长期的运行中，应采用一种能对润滑油和液压油系统（油质）的状态进行在线连续监测的系统，可以实时、自动、连续地采集和存储钢铁机组的润滑、液压系统的各种数据，提供完整的轴系运行和设备磨损档案，这对克服润滑油和液压油系统在线了解甚少的状况很有必要。比如对液压油的清洁度进行在线监测，在清洁度超标时监测设备输出开关量，实时控制离线精滤机进行滤油，不仅可以将液压油的油质控制在系统所要求的方针清洁度范围内，还可凭据液压油清洁度的变化情况实时发现机组运行中泛起的异常情况，在故障早期阶段接纳措施，避免油污染风险的发生，保证机组平安靠得住的运行。

现阶段在线监测系统往往监测的参数比较单一，国内现在集中在对液压油的水分检测上。钢铁厂应安装油质（颗粒度、水分和粘度）和磨损量在线监测装备，在机组安装、维修后进行油系统冲洗及在补充新油进程中对润滑油站、液压站的油质进行检测，以保证油系统油质合乎要求。

四、可行性分析

针对上述存在的问题，润滑油系统以及液压油系统的油液在线监测势在必行，采用能够实时在线监测油液状态的技术，就能够达到准确掌握设备运行确实的目的。该在线监测技术是基于主动的维护模式PAP（Predict and Prevent），重点在于应需式监测（以信息传送为主）、信息融合分析、产品全生命周期检测、系统维护优化的技术开发与应用。产品和设备的维护体现了预防性要求，达到近乎于零的故障及自我维护，提高钢铁企业安全生产能力。

该技术能够实时的监测润滑油和液压油的污染度（金属颗粒度）指标、水分指标、粘度指标以及油液品质指标（油液介电常数 油液温度 油液密度），同时更进一步的监测设备（轴承）的磨损变化，形成关于设备的两套健康档案（磨损档案以及油品档案）。通过以上途径，在系统的应用层建立设备运行状态数据库，就能够实时描绘出油液老化的趋势以及设备运行的磨损程度，从而指导设备的运维以及更换油液，避免突发以及非计划停机事故（诸如液压油颗粒度超标导致EH设备停机）的发生。而是把注意力更多放在提高设备的可用性上，希望通过对机组运行参数全面的连续监测分析，获取机组每时每刻运行状况的信息，做出正确的判断和预测，达到实现状态检修的目的。

通过对润滑系统以及液压油系统的油液实时在线监测，能够达到以下益处，并具有充足的可行性：

⑴该项目实施后，能够极大地提高钢铁厂机组润滑、液压系统油质在线监测能力，通过实时检测油液中磨损颗粒的大小和数目，实时监测油液系统中的油液粘度、温度和水分，综合计算油液主要参数结果，进而对油液的实时工作状态做出评估，并结合历史数据以及故障诊断技术，实现油液系统的实时在线监测和故障诊断，为钢铁厂机组视情维护研究奠定基础，降低检修维护费用。

⑵在不停机的情况下对润滑油、液压系统的状态进行自动的数据采集和分析，对其机械状态给出评估，并给运行和检修人员提出可操作的信息，避免或减少非正常停机，提高机组的可用性。

⑶早期故障识别及时采取措施，改善钢铁厂设备运行安全性。

⑷优化运行过程提高机组使用寿命，延长机组使用时间。

⑸及时发现和监测非正常和故障运行状况并确定原因，对维修进行事先计划布置，达到延长维修间隔，缩短维修时间，提高设备利用率，减少维修费用。

⑹智能自学习系统，可以自动学习每种油品的换油参数，当油品到了需要更换的时候，系统可自动提示。

⑺采用大数据以及基于细胞自动机的数据融合算法（系统独有），形成时刻修正的故障边界。统计润滑油站、液压站（设备在不同工作环境（磨粒浓度/尺寸、温度、粘度等等）下的有效工作时间，透过随机因素的干扰，将传感器监测到的实时性状态数据转变为能够直接反映设备运行寿命的统计型概要信息，基于此构造潜在故障预测模型是大型机组运维的关键。

视情维修、风险维修、以可靠性为中心的维修等预测性维修方法，是复杂的系统工程方法，此类方法非常注重使用检查模型、功能检测模型、定期更换模型、故障风险模型、可用度模型、费用模型等数学模型的支持作用。没有对设备实际状况、故障模式、危害因素的精确掌握，没有对包含故障开始发生点、潜在故障点、功能故障点及由潜在故障发展到功能故障的时间历程的准确把握，预测性维修根本无从谈起，组成的一个综合性的在线自动监测体系。

五、产品概述

油液在线监测系统是一套以在线自动分析仪器为核心，运用现代化传感器技术、自动化测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测体系。

钢铁厂机组设备油液智能在线监测装置系统由现场数据采集模块（包括油液数据采集站、清洁度监测传感器、磨损监测传感器、油液水分传感器、油液品质传感器、信号传输线缆等）、本地服务器、远程诊断中心构成。通过安装在润滑/液压油路安装在线磨损监测传感器与油液传感器实现对机械的监测，利用信号线缆实现机组运行数据与在线状态监测系统采集器之间传输，通过通信网络将前端采集数据发送至中控室本地服务器进行处理和储存，并进行初步的数据分析与诊断。对于报警数据，在外网开通情况下，利用VPN等方式将数据传输至远程诊断中心，以便诊断专家查看和分析数据以及生成检测报告，保证设备安全运行。

六、软件系统： 

油液在线监测系统与故障诊断平台以多种油液监测传感器为基础，并使用智能分析算法实现早期的润滑失效和磨损超标预警，为设备故障最早期预警提供决策依据。软件安装并运行在主控室，并且可以通过安全的方式在云上运行，可以实现远程与移动监测的结合。

具备丰富的可扩展性，能够将第三方传感器或设备数据进行集成，可形成一套完备的集控系统。另外，具备诸多接口，可以接入至用户的系统中，成为用户智能工厂建设的一部分。

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