动设备预测性维护无线监测技术方案（化工电机泵群）

1 项目概述

1.1 项目背景

本项目为化工企业电机泵群预测性维护无线监测系统建设项目。化工生产装置中，各类电机驱动泵（离心泵、屏蔽泵、输送泵等）是核心动力设备，一旦发生异常停机，将导致生产中断和安全事故，损失巨大。

通过在电机和泵体关键测点安装无线温振传感器，采集振动加速度和温度数据，接入工业设备故障预测性维护平台，实现对设备运行状态的实时监测和故障预警，从”计划性维修”转型为”预测性维修”。

1.2 现场设备概况

根据现场设备采集清单，本次监测覆盖以下设备类型：

（表格内容较多，此处仅展示前 12 行）

注：上述设备分布于胶乳泵棚区、胶乳装置区、丁二烯泵棚区、循环水泵房、焚烧炉等区域，均处于防爆危险区域（Zone 1/Zone 2），传感器及网关设备须具备相应防爆资质。

1.3 设计目标

● 实现全部监测泵体电机振动（三轴加速度）和温度的实时采集，采集周期 ≤5 分钟

● 无线传输覆盖各泵区，网关至平台数据传输稳定，丢包率 <1%

● 传感器安装规范，满足防爆要求，不影响原设备正常运行

● 系统上线后接入 预测性维护 平台，实现故障预警推送和历史趋势分析

● 施工过程符合化工企业作业许可要求，零安全事故构设计

2.1 总体架构

本系统采用”传感器 → 防爆无线网关 →5G路由器 → 平台服务器”四层无线传输架构，全程无需布设信号电缆，最大限度降低施工难度和对生产的影响。

2.2 无线通信方案

传感器与防爆网关之间采用 Sub-1GHz 工业无线协议（频段 470~510 MHz），具有穿透力强、抗干扰能力好的特点，适合化工厂房密集金属管道环境。

单个网关可接入最多 37 个传感器节点（本项目按每网关接入 816 个传感器配置），覆盖半径约 100300 m（视遮挡条件），可根据实际勘测结果调整网关数量及位置。

2.3 防爆分区与选型说明

本项目所在化工装置区属于爆炸性气体环境，危险区域等级为 Zone 1/Zone 2，气体分组以 IIC 级为主（丁二烯、苯乙烯、丙烯酸等）。

3 设备材料清单

3.1 主要设备清单

3.2 传感器技术参数

3.3 防爆网关箱技术参数

4 传感器安装施工方案

4.1 安装位置选取原则

传感器测点的选取遵循”靠近轴承、传力路径短、振动信号强”的原则，确保采集到的信号真实反映轴承和转子的运行状态。

● 水平/径向（H）：安装于电机驱动端/非驱动端轴承座侧面，方向水平，顺/逆时针各 90°位置任选其一

● 垂直/轴向（V/A）：条件具备时增加轴向测点，用于检测轴向窜动和对中问题

● 泵端测点：安装于泵体靠近轴承处，或与电机联轴节对侧泵端轴承座

● 屏蔽泵：安装于泵壳外壁靠近轴承端盖位置（无法接触轴承座时），使用磁吸底座牢固吸附

● 避开高温区域（>85℃）、油脂涂抹面和油漆过厚区域（>3mm），安装前须打磨至金属本色

4.2 安装方式

▶ 4.2.1 磁座吸附安装（优先方式）

对于铁磁性材质（铸铁、碳钢）电机壳体，优先采用传感器自带强力磁座直接吸附，操作简便，无需钻孔，对设备本体无损伤。

安装要求：

○ 1. 清洁安装区域，用角磨机或砂纸打磨至金属光亮面（Ra ≤ 3.2 μm）

○ 2. 将磁座与传感器组合后垂直按压至测点，确认吸附牢固，轻拨不松动

○ 3. 用扎带或钢丝捆绑固定传感器引线，防止振动导致线缆疲劳断裂

○ 4. 粘贴位号标识牌，记录安装位置照片并存档

▶ 4.2.2 螺柱安装（稳定性更高）

对于不锈钢材质设备（屏蔽泵泵壳等）或磁座吸力不足的场合，采用 M8 螺柱焊接或攻丝安装方式。

○ 1. 确认安装位置，标记 M8 中心孔位，打磨清洁

○ 2. 如允许焊接：预焊 M8 螺柱（焊接须具备化工企业焊接许可）

○ 3. 如不允许焊接：在轴承座或辅助支架上攻 M8 螺纹孔，深度 ≥ 12 mm

○ 4. 安装传感器底座，力矩扳手紧固至 8~12 N·m

○ 5. 涂抹少量螺纹锁固剂（Loctite 243），防止振动松动

4.3 各类泵型安装要点

4.4 安装数量规划

依据现场设备采集清单（共 13 台设备），结合实际监测需求，建议安装点位如下：

5 防爆网关安装施工方案

5.1 网关选址原则

● 安装于泵区附近无遮挡墙面，与传感器组群的无线距离 ≤ 100 m（开阔区），≤ 50 m（管道密集区）

● 安装高度 1.5~2.0 m，天线朝上，避免正对大型金属构件，确保信号覆盖

● 就近引入 AC 220V 供电，从现有动力配电箱内空余断路器取电，电缆长度 ≤ 20 m

● 远离高温热源（蒸汽管道、加热设备）和强电磁干扰源（变频器等）

● 安装位置须满足正常巡检和维护通道要求，操作面无遮挡

5.2 机械安装步骤

防爆网关箱外形尺寸 200 mm（宽）×318.95 mm（高）×57.2 mm（深），壁装安装孔距 155.6 mm，孔径 φ4 mm。

● 1. 现场勘查，确定安装位置，用卷尺量取安装孔位，在墙面画线标记

● 2. 电锤钻孔，孔径 10 mm，深度 80 mm，清除粉尘并嵌入膨胀螺栓（M8×80）

● 3. 将网关箱导轨对准固定孔，使用 M8 螺母紧固，力矩 ≥ 15 N·m

● 4. 安装水平仪检查，确保箱体垂直，倾斜度 ≤ 1°

● 5. 三路天线从顶部穿出，旋紧 SMA 接头，天线垂直朝上或45°偏角安装

● 6. 拍摄安装位置照片，记录经纬度坐标（或相对位置），存档备查

5.3 电气接线要求

● 1. 从就近配电箱引出专用回路，安装 6A 小型断路器保护，开关标识”无线网关专用”

● 2. 电源线选用 ZR-YJV 2×2.5mm²（阻燃）或 ZR-KVVP 2×2.5mm²（屏蔽），穿 DN20 镀锌管保护至网关箱底部进线口

● 3. 进线口使用防爆填料函（Pg16）密封，线缆外护套进入填料函长度 ≥ 50 mm

● 4. 接线端子 L/N/PE，PE 接地线须可靠连接至防爆箱体，接地电阻 ≤ 4 Ω

● 5. 线缆进入网关箱后，多余线缆整齐盘绕，用尼龙扎带固定，不得有裸露芯线

● 6. 合闸验证：测量箱内供电电压 AC 220V ±10%，记录实测值

5.4 接地保护

防爆设备的接地是防爆安全的重要保障，须严格执行：

● 网关箱体外壳接地线截面积 ≥ 4 mm²（黄绿双色绝缘铜芯线）

● 接地线连接至就近等电位接地母排，接地电阻 ≤ 4 Ω（验收时用接地电阻测试仪测量）

● 电源线中 PE 线同时可靠连接至网关箱接地螺栓

● 传感器本安电路的本安接地须独立，不与动力接地混接

6 施工组织方案

6.1 施工准备

▶ 6.1.1 进场条件

● 完成与业主方的合同签署和施工交底，取得项目进场许可

● 施工人员完成化工企业安全教育培训（三级安全教育），持证上岗

● 取得”特殊作业许可证”（临时用电、高处作业等，视现场条件）

● 编制施工安全专项方案，经业主安全主管审批

● 设备、工具、材料到场验收，防爆认证文件齐全

▶ 6.1.2 施工工具清单

6.2 施工流程

本次施工分三个阶段实施，建议利用设备短暂停机窗口（计划检修期间）进行，若条件允许也可在不停机状态下安装传感器磁座（不涉及停电操作的部分）。

6.3 人员配置

7 安全与 HSE 要求

7.1 防爆安全要求

● 进入危险区域施工人员须穿戴防静电工作服、防静电鞋，严禁穿化纤衣物

● 禁止在危险区域使用非防爆电器（手机、普通电动工具等），需使用防爆认证工具

● 角磨机打磨属于动火作业，须取得”动火作业许可证”，作业前检测气体浓度，配备干粉灭火器（不少于 2 台）

● 防爆箱接线端子操作须在断电确认后执行，验电笔验证无电后方可操作

● 所有防爆设备安装后，外观检查无裂纹、损伤，密封圈完好，螺丝全部紧固

7.2 临时用电安全

● 临时用电方案须经业主电气主管审批，编制”临时用电安全方案”

● 施工电源从专用配电箱内取电，安装漏电保护开关（30mA，动作时间 ≤ 0.1s）

● 所有移动电具须经电工检查合格，绝缘电阻 ≥ 1MΩ

● “一机一闸一漏保”原则，严禁多台设备共用一个开关

● 施工完成后立即拆除临时用电，恢复原配电状态

7.3 高处作业要求

若网关安装高度 > 2 m（从基准面算起），须执行高处作业要求：

● 取得”高处作业许可证”，两人协作（一人作业，一人监护）

● 使用合格的绝缘人字梯（承重 ≥ 150 kg），或搭设脚手架平台

● 作业人员佩戴安全带，安全带高挂低用，挂钩连接于牢固结构

● 下方设警戒区域，禁止无关人员进入，防止落物伤人

7.4 环境保护要求

● 打磨产生的铁屑、粉尘及时清理，统一收集装袋处置，严禁随意丢弃

● 废旧包装材料及时清运，保持施工区域整洁

● 施工废液（清洗溶剂等）不得直接排放，交业主危废处置

● 施工结束后恢复现场，确保设备、管道无碰损，地面清洁

8 调试与验收

8.1 传感器配对与入网

● 1. 使用配套调试工具逐一检查核对并录入设备 ID 和安装位号

● 2. 网关上电后自动搜索传感器，确认各传感器入网（信号指示灯常亮）

● 3. 检查网关管理界面，确认传感器数量与设计一致，信号强度（RSSI）≥ -80 dBm

● 4. 修改传感器采集参数（采样率、采集间隔、阈值报警），按现场设备特性配置

● 5. 对每台传感器执行手动触发采集，观察振动波形和温度数值合理

8.2 数据上云验证

网关通过5G/以太网将数据传输至 预测性维护 平台，调试期间验证以下内容：

● 平台侧可接收到所有传感器数据，设备在线率 100%

● 数据时间戳与实际时间偏差 ≤ 5 s（网络时钟同步正常）

● 振动数据单位、量程、精度与传感器规格

● 温度数据与现场实测温度计对比，偏差 ≤ 2℃

● 历史数据可存储并查询，趋势图显示正常

8.3 验收测试项目

8.4 竣工资料移交

● 竣工图纸（传感器安装位置图、网关接线图）

● 设备出厂合格证及防爆认证证书复印件

● 施工记录表（每台传感器安装记录，含照片）

● 验收测试记录表（签字版）

● 系统使用说明及运维手册

● 传感器设备 ID 与位号对应清单

● 接地电阻测试报告

9 运维管理建议

9.1 日常巡检

9.2 常见故障处理

9.3 备件建议