氧化铝厂生产设备故障监测方法研究

时间：2024-09-03

杨栋，王智强

（南山铝业股份有限公司印尼项目部，山东龙口 265713）

伴随高新技术的发展与自动化加强，工业领域对机械设备的使用也越来越广泛，规模也越来越大，如电机、齿轮箱、发动机箱、加速器等。在日常维修过程中，机械设施所用的零件因为质量不过关、材料老化等因素会出现各种各样的故障。而由于设备之间存在一定的关系，互相关联，彼此影响，因而一旦发生故障问题，其导致的连锁反应也会波及其他设备甚至影响工业生产，产生严重的经济损失，如电力系统的涡轮发电机组、冶金锻炼以及重化工业等涉及的关键设施等[1]。所以，生产设备故障监测方法为设备正常运行提供了保证，确保了工厂设施的安全运营以及产品质量的提升。需要注意的是，氧化铝厂应使用的仪器绝大部分都属于化机类设备，其安全运行显得尤其关键，就有必要实时进行设备故障的监测。

1 氧化铝厂生产设备故障监测方法

1.1 确定经验回归直线方程构建监测网络

因为故障监测主要利用数据所在位置与运行状态进行精准判断，判断其是否位于蒸发器主要设计工艺的指标范畴之内，同时也是为了保证算法步骤简单，易于计算，便于对数据进行初始化处理。将相同属性的数据划分为若干个值域子区间，每个子区间均对应一个初始值。本文采取等距离区间法，结合氧化铝厂的生产要求与数据分析，把每一个观测节点测定的信号在类别上划分为标准、偏低和偏高三种，并分别将其编为1，2，3；在故障监测变量上将1定义为正常1，2和3定义为故障状态。实际生产过程中能够按照工作需要，细化数据分类。

假设设定n组需要监测的数据值，样本主要包括：(x1,y1),(x2,y2),...(xn,yn)，换句话说就是简化的一元回归线模型：yi=a+bxi+εi，其中εi～N(0,σ2)，通常会采取最小二乘法（OLS）来对a与b进行估算，记作：

公式（1）中，Q(a,b)设定为非负数且属于a,b的三次函数，因而Q(a,b)的计算势必会用到Q(a,b)最小值，使其和a与b的值进行对比，a与b一般认为是与的估算值，即：

这个方法就是最小二乘法，其中与分别作为a与b的二乘最小值。之后对Q(a,b)进行a,b求导，设定其固定值为0，求取a,b的估算值。

公式（3）通过分解可以获得以下公式：

根据线性回归方程的设置：

有关系数r的公式见下式：

利用最小结构风险值构建平面决策模型，用来把控设备监测的困难程度和风险程度间的平衡。对于这两种问题，假定已知的两个样本集合是可以超平面进行数据分类，将标准状态下的支持向量转变为其对应匹配值，即：

不同属性的样本被误判时都会在一定程度上被赋予不同意义，并付出误判代价，假定已知状态下，不平衡样本集合为是可以被超平面所分类的，这其中涉及到的支持向量优化设备故障的计算公式就是：

公式中，C1，C2分别代表各自状态下被误判的代价指数，k(w,xi)代表二元二次函数，具体指实际数值误差。支持向量对应匹配上述公式的计算公式为:

1.2 蒸发过程故障分析

氧化铝厂生产环节中的蒸发过程比较复杂重要，这中间就会出现一系列的故障问题。通常会将故障分成几种主要类型，分别是物料成垢，真空度下降，蒸水量下降以及故障评测。下面就对具体故障的形成原因进行具体分析。物料成垢故障的形成原因和征兆都是发生在其蒸发过程中的。当蒸发溶液内溶质伴随浓缩逐渐转变为饱和状态时，就会随之析出晶体结为成垢(结疤)。具体发生征兆有：①溶质的挥发速度受到一定影响，进料量大幅减少。正常情况下，进料量取值在320m/h～328m/h，一旦超过328m/h或小于320m/h即视为非正常；②耗气量大大增多，从而对新蒸汽量提出了新要求。新蒸汽量的取值一般在58m/h～66m/h，超过66m/h即视为非正常；③蒸水量一定程度上呈现递减趋势，这会造成原料的出料浓度远远低于最低标准线280g·L；④蒸发器内溶液的液位不断升高。真空度降低的故障形成原因及其具体征兆表现：成因包括：①冷凝器的落水管在下层封槽内出现液位降低现象，无法满足处于真空状态下对液柱高度的需要，从而导致真空泄漏；②管道出现漏气，导出真空度逐渐下降，与此相对应的蒸汽流量也会随之降低。征兆为真空度下降，进而导致氧化铝的沸点升高，蒸水量降低，耗气增多。另外因为蒸水量呈现下降趋势，涌入的蒸汽量逐渐增多，溶液的液位也会随之升高，其实际温度也会远远超过正常温度值的最大上限60℃。

1.3 安全阀校验过程中的优化

在对氧化铝生产设备进行故障监测时，其安全阀校验是最后一道环节，监测过程中必须时刻确保监测环境和实际应用环境的吻合，如此一来得到的监测结果才可以更为全面、真实。安全。同时，安全阀作为一种限位指定阀门，其灵敏度高低是重点检查对象。因而在故障监测过程中必须时刻关注以下几方面内容：在监测过程中必须提前检查安全阀表面是否完整，部分安全阀会直接表现在表面，如缝隙、腐蚀等。安全阀在类型筛选上必须与实际环境下产生的压力值相配套应用。这是由于安全阀内安置的弹簧在弹跳等级上设置为处于不同压力下才会启动，因而如果受压过低或过高，都会对设备的限定保护造成很大程度的影响，另一方面，弹簧受到的压力过大就会导致其启动时间过于漫长，这就对设备整体的安全运行产生故障隐患。同时，安全阀在校验过程中必须严格检验自身质量是否过关，安全阀的使用标准必须符合国家安全产品出厂标准，一旦检验不合格，除了返厂销毁外还需注意以免不合格产品流入市场被恶意使用，所以势必要重视安全阀的采买、到货验收等环节，确保安全阀的质量足以满足氧化铝的生产要求。