某核电站APA 给水泵振动控制柜设计 

引言

本文以该核电站 APA 主给水泵（以下简称“主泵”）在振动监测控制为切入点，通过振动监测控制柜的选型设计实时在线监测，完成主泵通过联机热态原速振动试验，保证设备的正常运转，并及时解决了泵组的振动超标问题，并为同类产品进行振动超标问题处理提供了参考。

本项目常规岛APA 主给水泵包括前置泵、电机、耦合器和主给水泵等设备。该项目主给水泵设计流量为 4025m3/h，转速 5240r/min ，进水压力 3.41MPa，出水压力 8.84MPa ，扬程 625m ，进口管道 Φ559X16mm ，出口管道 Φ559X28mm。

1 振动和振动柜检测执行标准

旋转机械振动测量和评定标准有 ISO 7919(GB/T11348) 系列“旋转机械转轴径向振动的测量和评定”和 ISO/TC10816(GB/T6075) 系列“在非旋转部件上测量与评价机器的机械振动”两个标准。 ISO 7919(GB/T11348) 系列测量与评价的是轴的振动位移；ISO/TC10816(GB/T6075) 系列测量与评定的是轴承座的振动烈度。作为评价产品动态性能的依据，这两个系列标准几乎覆盖了各类旋转机械，为机器设备的振动状态检测和诊断奠定了基础。

GB/T 11348 系列“旋转机械转轴径向振动测量和评定”提出了采用在旋转轴上直接测量的方法了测量和评定机械振动的总则。确定轴振动的目的与振动特性的变化、过大的动力负荷和径向间隙监测问题有关：

GB/T 6075 系列“在非旋转部件上测量和评价机器的机械振动”规定了在整机的非旋转或非往复式部件上测量和评价机器振动的通用条件及方法。本标准说明了振动幅值和振动变化与运行监测和验收测试的关系

《泵的振动测量与评价方法》，标准号为 JB/T8097-1999，该标准的主要技术内容与国际标准 ISO 10816 等效，对于含有挠性转子的一些泵在非旋转部件上测量是不完全合适的，则按照ISO 7919 给出轴振动的补充。

振动控制柜设计验收标准：HG/T20507-2000《自动化仪表选型设计规定》、HG/T20509-2000《仪表供电设计规定》HG/T20512-2000《仪表配管配线设计规定》HG/T20513-2000《仪表接地设计规定》HG/T20511-2000《信号报警安全联锁系统设计规定》GB50131-2007《自动化仪表工程质量验收规范》

2 给水泵振动检测方法的选择

根据上述振动检测执行标准，一般大型的石油化工用泵选择三个互相垂直的方向（水平、垂直、轴向）进行振动测量，大型的石油化工泵大多采用轴振动。而大多数的锅炉给水泵一般只选择水平和垂直两个方向的轴承振动。通常给水泵检测点应选在选在泵轴承座、底座和出口法兰处振动能量向弹性基础或系统其他部件进行传递的地方。泵轴承座处和靠近轴承处的测点称为主要测点，把底座和出口法兰处的测点称为辅助测点。

3 振动控制柜设计要求

根据350MW、660MW、1000MW 机组高压锅炉给水泵组振动控制柜等设计经验，该核电站常规岛 APA 主给水泵组振动控制柜应满足振动控制装置选型、控制柜供电设计、振动仪表配管配线设计、仪表接地设计、信号报警安全联锁系统设计、自动化仪表工程质量验收、振动控制柜防护等级、设计寿命、表面处理及喷漆以及该核电站常规岛DCS 设计系统要求。

常规岛 APA 给水泵组测点设置：前置泵 4 个振动测点，1 个轴位移测点；主给水泵 4 个振动测点，1 个轴位移测点，液力耦合器 4 个振动测点，单台泵组共设置14 个测点。

4 APA 给水泵组振动控制柜系统流程图

根据技术要求，常规岛 APA 主给水泵需要在现场布置加速度传感器用于监测泵组的壳体振动，用电涡流传感器监测泵组的轴向位移。将信号传输到多通道振动监测保护系统，经过多通道振动监测系统处理，一路通过硬接线进入DCS（开关量信号），一路通过通讯进入DCS。

5 APA 给水泵组振动控制柜监测系统配置

本项目选用先进的多通道振动监测保护系统。该系统设计完全满足API670，SIL2 安全认证。监测卡件与继电器的独立性，确保振动保护功能的高可靠性。系统可提供16槽位全尺寸框架，也可以提供8槽位和4槽位的小型框架。其中 16 槽位全尺寸框架支持最多 56 个振动通道或 84 温度通道，或多通道类型任意组合。 框架可选配一个带有触摸显示屏的锁门。

多通道振动监测主要部件

框架用于安放框架连接模块、电源模块、通用监测模块、系统通讯模块等。

框架选用 16 槽导轨安装。 并配置彩色触摸显示屏，方便现场操作。

框架连接模块（RCM）

RCM 可接受来自两个相互独立的外部 24V 直流供电电源，同时可以提供框架 OK 继电器和接受开关量输入控制功能比如跳车倍增，抑制，复位和特殊的报警抑制

电源连接模块（PCM）

PCM 作为一个可选附件可以放置在任意槽内。PCM 用于和 RCM 结合作为冗余电源组合。

通用性监测模块UMM

UMM 选用具有 4 个输入通道的监测模块，可以用于监测振动 / 轴位移 / 转速 / 过程量 / 二进制输入等测量类型。每个 UMM 模块具有 4 路输入通道，4 路4-20mA 模拟量输出，4 个继电器输出，继电器即可用于本监测模块使用，也可以用于框架内其他监测模块使用。提供缓冲输出接口用于故障诊断。

系统通讯组态模块SAM

SAM 用于系统框架与外部通讯，并且可以提供冗余 SAM 模块，用于连接到DCS、PLC、SCADA 及其他自动控制系统。

6 振动控制柜监测保护功能（MPS）

振动监测保护系统具备完整的振动监测与保护功能，满足 API670 设计要求标准，监测卡件与继电器的独立性，确保振动保护功能的高可靠性。

振动监测保护系统采集振动传感器的振动信号，实时监测设备的振动数值与状态，当振动超过报警限值时，可发出报警信号，用于自动保护设备停机。

7 振动控制柜状态监测功能（CMS）

振动监测保护系统具有扩展的 CMS 状态监测功能，配上专用的 CMS 软件与硬件，为维护人员提供更详细的设备信息，高分辨率的数据，用于“运行/ 停机”决断, 检修计划制定, 设备故障诊断与分析等。

高速采样速率，确保有用数据得到完整保存到 PI 数据库，多种图谱分析，帮助分析人员高效准确分析设备故障原因。

8 振动控制柜 Modbus 通讯

多通道振动监测保护系统框架配置 2 个 SAM 卡件，实现真正意义的 Modbus冗余通讯，每个 SAM 卡件可实现 Modbus TCP/IP 与 Modbus 串口两种通讯方式。本项目使用Modbus 串口转光纤通讯的方式与DCS 实现数据通讯传输。每个机组框架通过星形连接的方式汇总到一个串口转光纤的转换模块，最终完成 Modbus与光纤转换的功能。

9 结术语

引起泵振动的原因是多重的，彼此之间相互影响，原因复杂多样，通过振动控制柜分析判断，确保在工厂试验时振动完全合格。同时在现场使用过程中，要对泵进行振动实时监测，预防性维护、趋势分析、报警、危机状态的识别和事故追忆（包括动态数据）、振动分析、故障诊断、动平衡计算、大事故列表、数据治理和传输、报表打印、与 DSC 的硬接线接口设计、数据采集。在产生严重后果前将问题解决。