专利名称:一种乳化器连续运行安全监控方法
一种乳化器连续运行安全监控方法技术领域：
本发明属于化工领域的炸药生产安全监控技术领域：
，具体涉及一种乳 化器连续运行安全监控方法。
背景技术：
随着社会和经济的发展，民用工程对炸药的需求量增长很快，近几年均达到年增长率30%以上。乳化炸药是目前民爆行业广泛使用的炸药，具有 高效和环保的特点。乳化炸药生产线的核心装备是乳化器，包括初乳化器 和精乳化器。乳化器工作状态如何直接影响炸药的产量和质量。同时，乳 化器又是整个生产线中唯一有高速机械运动的设备，因此，也是最危险的 设备。乳化炸药在一定的压力和温度条件下会爆炸，高速机械运动设备极 易引起爆炸。目前，国内有乳化炸药生产线100多条，近三年来己经发生 过三起爆炸事故，损失惨重。技术鉴定表明，三起爆炸事故均由乳化器引 起。根据乳化器的结构特点，爆炸必定由非正常机械运动引起局部压力和 温度达到爆燃条件而引起。可见，监测乳化器机械运行状态，在异常状态 下报警或紧急停车，对于保障人员和财产安全具有极为重要的意义。从机械和力学的观点，乳化器事故前必然有机械异常发生或流程异常 发生。机械异常一定会反应到振动变化中，而致命的流程异常会反应到温 度变化中。因此，釆集关键测点的信号，连续进行信号分析并提取特征数 据，对安全性进行判断和诊断是极其必要的。但是，目前乳化炸药生产线 的安全监控主要依靠人工定时肉眼观察和听音判断，准确性差，反应不及 时，危险性高，至今尚无手段长期连续监测乳化器的安全性。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种乳化器连续运行安全监控方法，该方法可以及时发现乳化器故障或预测零部件失效，尽可能避免意外爆炸等恶性 事故出现。本发明提供的乳化器连续运行安全监控方法，其步骤包括 (l)以乳化器搅拌室的上、下法兰处作为振动测量点，实时采集同一平 面上的二个相互垂直的振动信号，并实时采集物料进、出口处的温度信号；(2) 利用振动信号分析理论和方法，对上述采集到的数据实时进行连 续计算和分析，分别得到振动特征指标和温度特征指标；振动特征指标包 括振幅峰值、振幅频谱、波形指标、峰值指标、裕度指标和峭度指标；温 度特征指标包括温度量和温升量；(3) 将步骤(2)获得的数据与其对应的安全允许极限值进行逻辑对 比，如果出现下述情况之一，报警或紧急停止生产线，否则转动步骤(1) 循环执行(Al)所有振动测量点的振动特征指标中的任何一个值超过其对应的 安全允许极限值；(A2)所有振动测量点振动特征指标中的任何一个值或多个值的变化 率超过其对应的安全允许极限值；(A3)所有温度测点温度特征指标中的任何一个值超过其对应的安全 允许极限值。本发明具有以下优点和积极效果(1) 采用本发明，可以对乳化炸药生产线中关键设备乳化器方便地实 施长期、连续、可靠的远程安全监测，可以及时发现乳化器故障或预测零 部件失效，尽可能避免意外爆炸等恶性事故出现。(2) 与现有的安全监测手段比较，本发明利用适当的测点信息，不仅 直接检测物料温度和温升的变化，还检测振动大小、烈度、以及时域和频 域特征指标数据，自动、连续监测和判断初乳化器、精乳化器的安全状态， 并对典型故障进行诊断分析，无需再用人工手段近距离直接检査设备，可保证监测的实时性和数据完整性，提高设备安全性，降低人员操作的危险 性。(3)本发明便于采用现代信息技术手段积累历史数据，可不断修正安全允许阈值体系，也可以为生产线的维修与完善提供参考。
图1为本发明方法的控制流程图。
具体实施方式
乳化器是高速旋转的机械设备，当其产生机械运动异常时会引起振动 变化。乳化炸药爆燃的条件是一定的温度和压力环境。因此，可以通过振 动和温度的连续监测、分析，对乳化器故障和失效进行早期诊断。本发明以乳化器振动监测为主要手段，首先通过对乳化器全工况下的 振动信号进行采集，并在大量时域和频域分析基础上，综合确定乳化器安 全运行的阈值体系，包括各振动测量点的峰峰值极限、频谱分量的频率范 围和幅值极限、振动烈度极限，以及偏度与峭度、波形指标、峰值指标、 脉冲指标、裕度指标、峭度指标等时域指标极限。根据乳化炸药特性和生 产工艺，针对不同物料和工况，提出乳化器物料温度和温升的极限指标。 在乳化器运行时，实时采集振动和温度信号，计算和提取前述特征指标数 据，根据上述规则，判断乳化器运行状态。在乳化器工作状态异常，并达 到设定极限时，提前预报和自动处理，尽可能地防止乳化器产生意外爆炸。下面对本发明方法的处理步骤作进一步详细的说明。(1) 分别在乳化器搅拌室的上、下法兰处，实时采集同一平面上的二个相互垂直的振动信号，并实时采集物料进、出口处的温度信号；(2) 利用振动信号分析理论和方法，对上述采集到的数据实时进行连 续计算和分析，分别得到振动特征指标和温度特征指标。振动特征指标分 为振动时域和频域特征指标，包括振幅峰值、振幅频谱、波形指标、峰值 指标、裕度指标和峭度指标等。温度特征指标包括温度量和温升量。其中 几个指标的计算公式如下所示① 波形指标ShapeFactor^
r t RMS<formula>formula see original document page 6</formula>7)是表示周期波波形尖锐程度的因数，它是周期波的有效值与平均值之比。 该值也是用于滚动轴承简易诊断的有效指标之一。当值过大时，表明滚动 轴承可能有点蚀；而值过小时，则有可能发生了磨损。其中，/ MS为信号x (i)的均方根值为， i = i N, N为采样点数；② 峰值指标峰值指标定义为峰值Peak与均方根值i MS之比。该值用于滚动轴承简 易诊断的优点在于它不受轴承尺寸、转速及载荷的影响，也不受传感器、 放大器等一、二次仪表灵敏度变化的影响。该值适用于点蚀类故障的诊断。 通过对峰值指标值随时间变化趋势的监测，可以有效地对滚动轴承故障进 行早期预报，并能反映故障的发展变化趋势。当滚动轴承无故障时， Peak/RMS为一较小的稳定值； 一旦轴承出现了损伤，则会产生冲击信号， 振动峰值明显增大，但此时均方根值尚无明显的增大，故峰值指标增大； 当故障不断扩展，峰值逐步达到极限值后，均方根值则开始增大，峰值指 标逐步减小，直至恢复到无故障时的大小。峰值Peak的定义为信号x (i)中最大值与最小值之差的一半，即 Peak = 1/2 [max( xi ) _ min ( xi )]④ 裕度指标ClearanceFactor r PeakClearanceFactor=——^~〃xA-信号X (i)的均值；裕度指标表示波的丰满程度，与峰值指标和脉冲指标具有相同的诊断用途， 但它在微小缺陷的检测能力上较好。⑤ 山肖度指禾示KurtosisFactor对于零均值的振动信号x (i)，峭度指标定义为对于离散序列的轴承 振动信号{ xi }，峭度指标KurtosisFactor的计算式为KurtosisF actor =——-;-疆S4因为正常轴承的振动信号近似服从正态分布，所以可得其峭度值约为 3，当轴承出现故障时，其峭度值将大于3，据此可以判断轴承是否发生了 异常。(3)将步骤(2)计算所获得的数据与其对应的安全允许极限值进行 逻辑对比，如果出现下述情况之一，报警或紧急停止生产线，否则继续运 行，直至任务结束；(Ai)所有振动测量点的振动特征指标中的任何一个值超过其对应的 安全允许极限值；(A2)所有振动测量点振动特征指标中的任何一个值或多个值的变化 率超过其对应的安全允许极限值；(A3)所有温度测点温度特征指标中的任何一个值超过其对应的安全 允许极限值。本发明还可以通过保存上述数据，分析各特征数据的变化趋势，根据 安全诊断规则预测乳化器的安全性，并为生产线的维修以及完善化提供依 据。所述"安全允许极限值"是指初乳化器和精乳化器在极限工况下的振 动特征指标值和温度特征指标值。如果末获得生产线的安全允许极限值， 可以采用实验测量和统计分析二种方法获得。实验测量可以采用与上述实时监控相同的方法进行信号采集和数据处 理，采集各极限工况下的振动信号和温度信号，获得相应的振动特征指标 和温度特征指标，作为其对应的安全允许极限值。统计分析是对不同工况下乳化器的工作参数进行检测，统计分析振动 和温度信号与乳化器生产工况的关系，将乳化器正常时的振动特征指标和 温度特征指标提取出来，作为安全允许指标体系的基值。这些基值是随生 产工况而变化的。利用故障的乳化器转子进行故障模拟试验，检测故障转子工作时的振动时域和频域特征值。采取以下方法提取安全允许极限值 安全允许极限报警值=0. 4X (故障特征值-安全允许指标体系基值) 安全允许极限危险值=0. 7X (故障特征值-安全允许指标体系基值) 在达到安全允许极限报警值时，应该用声光报警提示运行人员采取措 施，在达到安全允许极限危险值时，通过连锁装置使生产线立即停车。安全允许极限不是单一的一个数据，而是一组数据，对应初乳化器和 精乳化器、不同的测点、以及不同的算法组合有不同的极限数据。这些数 据与乳化器相应失效模式相关，都需要采取上述方法进行确定。对不同规格的乳化炸药生产线，可以通过实测、计算、统计、特征提 取，获得这一组安全允许极限的数据。由于采用了相同的检测、分析、诊 断手段，得到的安全允许极限可以用于乳化器运行的长期连续监测中。
权利要求
1、一种乳化器连续运行安全监控方法，其步骤包括
(1)以乳化器搅拌室的上、下法兰处作为振动测量点，实时采集同一平面上的二个相互垂直的振动信号，并实时采集物料进、出口处的温度信号；
(2)利用振动信号分析理论和方法，对上述采集到的数据实时进行连续计算和分析，分别得到振动特征指标和温度特征指标；振动特征指标包括振幅峰值、振幅频谱、波形指标、峰值指标、裕度指标和峭度指标；温度特征指标包括温度量和温升量；
(3)将步骤(2)获得的数据与其对应的安全允许极限值进行逻辑对比，如果出现下述情况之一，报警或紧急停止生产线，否则转动步骤(1)循环执行
(A1)所有振动测量点的振动特征指标中的任何一个值超过其对应的安全允许极限值；
(A2)所有振动测量点振动特征指标中的任何一个值或多个值的变化率超过其对应的安全允许极限值；
(A3)所有温度测点温度特征指标中的任何一个值超过其对应的安全允许极限值。
专利摘要
本发明公开了一种乳化器连续运行安全监控方法，步骤为①以乳化器搅拌室的上、下法兰处作为振动测量点，实时采集同一平面上的二个相互垂直的振动信号，并实时采集物料进、出口处的温度信号；②利用振动信号分析理论和方法，对上述采集到的数据实时进行连续计算和分析，分别得到振动特征指标和温度特征指标；③将步骤②获得的数据与其对应的安全允许极限值进行逻辑对比，当超过其安全范围时报警或紧急停止生产线。采用本发明可以对乳化器方便地实施长期、连续、可靠的远程安全监测，可及时发现其故障或预测零部件失效，尽可能避免意外爆炸等恶性事故出现的方法。本发明可保证监测的实时性和数据完整性，提高设备安全性，降低人员操作的危险性。
文档编号C06B21/00GKCN101333137SQ200810048375
公开日2008年12月31日 申请日期2008年7月11日
发明者丁学俊, 刘根凡, 涛 杨, 秦卫国, 贺国强, 伟 高, 黄树红 申请人:华中科技大学;湖北凯龙化工集团股份有限公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan