設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在海上采油平臺(tái)的應(yīng)用研究

劉文山

（中海石油中國(guó)（有限公司）崖城作業(yè)公司，廣東 深圳 518067）

油氣田具有連續(xù)不間斷生產(chǎn)的特性,對(duì)設(shè)備的可靠性、安全性要求高。旋轉(zhuǎn)設(shè)備包括燃?xì)廨啓C(jī)、壓縮機(jī)、風(fēng)機(jī)、發(fā)電機(jī)等，在石油行業(yè)中應(yīng)用廣泛，在設(shè)備生命周期內(nèi)，要求大型機(jī)組設(shè)備不出現(xiàn)或盡量少出現(xiàn)故障，大型機(jī)組設(shè)備一旦發(fā)生故障，輕則使設(shè)備功能受影響，造成產(chǎn)量降低，造成，重則會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全事故。為保障這些設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行，采用監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)其實(shí)時(shí)監(jiān)控，監(jiān)測(cè)大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)。

1 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

設(shè)備有正常狀態(tài)、異常狀態(tài)和故障狀態(tài)，運(yùn)用振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)、溫度分析技術(shù)、油液分析技術(shù)和聲發(fā)射分析技術(shù)等不同的機(jī)械故障診斷方法，對(duì)設(shè)備進(jìn)行評(píng)估、分析其運(yùn)行狀態(tài)。采用振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)的轉(zhuǎn)子振動(dòng)監(jiān)測(cè)是機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測(cè)的重要手段。旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷與預(yù)測(cè)方法及其應(yīng)用研究。

1.1 透平機(jī)組監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

海上平臺(tái)使用的機(jī)組使用美國(guó)本特利內(nèi)華達(dá)公司生產(chǎn)的3300監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由探頭、同軸電纜、前置放大器、監(jiān)測(cè)器、上位機(jī)和軟件組成。監(jiān)測(cè)器的電源模塊為檢測(cè)系統(tǒng)提供穩(wěn)定電源，探頭探測(cè)設(shè)備狀態(tài)參數(shù)，前置器為探頭提供穩(wěn)定的電流，將傳感器采集的信息進(jìn)行轉(zhuǎn)換、放大探頭的信號(hào)；振動(dòng)輸入監(jiān)測(cè)器接受探頭的輸入信號(hào)，進(jìn)行測(cè)量值與設(shè)定點(diǎn)比較，將信息進(jìn)行處理，送到控制系統(tǒng)及上位機(jī)，給出報(bào)警信號(hào)或停車(chē)信號(hào)；監(jiān)視器的指示燈，指示制定測(cè)試點(diǎn)與基準(zhǔn)點(diǎn)直流電壓是否正常。通過(guò)上位機(jī)連接監(jiān)視器，維修人員對(duì)各種模塊進(jìn)行編程、組態(tài)與程序下裝，進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控，對(duì)振動(dòng)、位移等實(shí)時(shí)測(cè)量，直觀地反映出機(jī)組運(yùn)行情況，通過(guò)報(bào)警設(shè)置和聯(lián)鎖設(shè)定，在第一時(shí)間提供機(jī)組的故障信息及采取保護(hù)動(dòng)作，保障人機(jī)安全。

1.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用

通過(guò)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，認(rèn)真分析所采集的數(shù)據(jù), 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，做出測(cè)試報(bào)告，了解機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)異常現(xiàn)象判斷故障真?zhèn)?，判斷透平機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)是否正常，全面準(zhǔn)確地掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)故障解決提供依據(jù)，做出維修決策，提前制定維護(hù)計(jì)劃，減少故障停機(jī)，降低維修費(fèi)，在機(jī)組管理上發(fā)揮了重要作用。

2 透平機(jī)組典型故障

透平機(jī)組設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，會(huì)突發(fā)故障，造成停機(jī)，造成及維修成本高等問(wèn)題，嚴(yán)重的會(huì)導(dǎo)致重大的事故。典型故障有以下幾個(gè)。

2.1 軸承磨損

南山2號(hào)主透平發(fā)電機(jī)兩端經(jīng)常有高振動(dòng)報(bào)警出現(xiàn)，12月對(duì)由于發(fā)電機(jī)進(jìn)行年檢發(fā)現(xiàn)軸承磨損、內(nèi)表面損傷。機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因軸承磨損造成轉(zhuǎn)子平衡精度下降導(dǎo)致中心線變化加劇軸承磨損，振動(dòng)值不斷加大；轉(zhuǎn)子與軸承材質(zhì)不同受熱變形不同，會(huì)導(dǎo)致摩擦，造成振動(dòng)，最終造成高振動(dòng)停機(jī)。

2.2 齒輪箱事故

因齒輪加工精度、質(zhì)量缺陷、聯(lián)軸器不平衡或者潤(rùn)滑油不合格等多種因素會(huì)造成齒輪剝落、點(diǎn)蝕和磨損，造成齒輪牙齒的沖擊，導(dǎo)致磨損加劇，造成齒輪折斷或者軸承損壞。在齒輪負(fù)載增大、磨損增加時(shí)，會(huì)引起潤(rùn)滑油溫度明顯變化及振動(dòng)值增大，如不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題造成齒輪箱事故。2018年濕氣壓縮機(jī)停機(jī)后，進(jìn)行盤(pán)車(chē)時(shí)發(fā)生高振動(dòng)停機(jī)，檢查發(fā)現(xiàn)啟動(dòng)馬達(dá)與齒輪箱脫離，拆除啟動(dòng)馬達(dá)后發(fā)現(xiàn)齒輪箱內(nèi)軸承滾珠脫落，造成齒輪箱事故，導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法使用。

2.3 儀表故障

在透平機(jī)組中有PLC控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及防喘振控制器。要保證機(jī)組正常運(yùn)行，需確PLC控制系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及防喘振控制器都運(yùn)行正常，但其內(nèi)部也十分復(fù)雜，任何其中的一個(gè)部分發(fā)生故障，傳感器、卡件、通訊若出現(xiàn)故障問(wèn)題，就不能正常發(fā)揮檢測(cè)、控制、反饋的作用，最終導(dǎo)致機(jī)組報(bào)警、停機(jī)。根本原因主要在于探頭安裝不規(guī)范、調(diào)試及校驗(yàn)不準(zhǔn)確、卡件不匹配等。常見(jiàn)的故障主要有傳感器輸出信號(hào)不正常，與正常的數(shù)值存在較大偏差，或者數(shù)值波動(dòng)較大；卡件發(fā)生故障、通訊中斷。

3 預(yù)防機(jī)組故障的策略

3.1 強(qiáng)化專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)提升維保質(zhì)量

對(duì)透平機(jī)組維護(hù)人員加強(qiáng)專業(yè)技術(shù)培訓(xùn)，研究機(jī)組技術(shù)資料，提高人員技術(shù)水平，提升維保質(zhì)量。儀表失靈導(dǎo)致機(jī)組各類(lèi)故中的概率較大，生產(chǎn)工藝波動(dòng)、流程調(diào)整等因素而產(chǎn)生的故障也常有發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)干擾因素也會(huì)產(chǎn)生虛假的檢測(cè)信號(hào)。探頭安裝是否規(guī)范，不同探頭都有自身的特點(diǎn)，對(duì)定位、間隙等參數(shù)都有明確要求，如果對(duì)傳感器及其檢測(cè)系統(tǒng)的原理及注意事項(xiàng)不清楚，會(huì)導(dǎo)致安裝不規(guī)范、安裝質(zhì)量差，導(dǎo)致故障偶爾出現(xiàn)，造成現(xiàn)場(chǎng)查找原因困難。探頭校驗(yàn)是否準(zhǔn)確，不同探頭大致一樣但有些差別，如全部按照相同的-10V，校驗(yàn)，會(huì)導(dǎo)致探頭零點(diǎn)電壓與組態(tài)零點(diǎn)電壓不一致，造成零位不準(zhǔn)、測(cè)量偏差大，造成系統(tǒng)誤判。前置器對(duì)工作環(huán)境要求高，環(huán)境振動(dòng)、海上環(huán)境惡劣，溫度變化大、濕度大、鹽分高，造成控制箱內(nèi)的前置器故障。電纜和接頭的破損或短路，在機(jī)組運(yùn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境存在振動(dòng)、油污，接線端子松動(dòng)、接線不良，在使用、維修過(guò)程中造成電纜破皮、屏蔽線接地，油污進(jìn)入探頭、電纜接頭造成導(dǎo)體短路，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)該回路測(cè)量信號(hào)狀態(tài)異常的顯示。儀表失靈導(dǎo)致機(jī)組各類(lèi)故中的概率較大，生產(chǎn)工藝波動(dòng)、流程調(diào)整等因素而產(chǎn)生的故障也常有發(fā)生，現(xiàn)場(chǎng)干擾因素也會(huì)產(chǎn)生虛假的檢測(cè)信號(hào)。通過(guò)專業(yè)學(xué)習(xí)熟悉規(guī)范及掌握儀表工作原理，對(duì)不同的儀表采取相應(yīng)的維保檢測(cè)手段，提高檢測(cè)的可靠性及準(zhǔn)確性。維修人員根據(jù)控制系統(tǒng)、儀表、生產(chǎn)流程等多方面情況綜合分析，判斷機(jī)組故障。

3.2 提升故障分析判定水平

機(jī)組運(yùn)行出現(xiàn)狀態(tài)參數(shù)異常，需要進(jìn)行停機(jī)立即處理，還是采取臨時(shí)措施減少危害，保持繼續(xù)運(yùn)行、擇機(jī)處理。對(duì)故障的不同處理方式前，必須對(duì)異常數(shù)據(jù)分析，維修人員需根據(jù)控制系統(tǒng)、儀表、生產(chǎn)流程等多方面情況綜合分析。對(duì)相關(guān)、互聯(lián)的參數(shù)進(jìn)行分析，軸位移的變化同時(shí)常常會(huì)伴隨軸承溫度、軸振動(dòng)的增高變化作為參考依據(jù)。對(duì)設(shè)備同一軸承的運(yùn)行參數(shù)（溫度、振動(dòng)等）進(jìn)行比較，運(yùn)行參數(shù)是否在合理的范圍內(nèi)，同一軸系的振動(dòng)參數(shù)是否也隨之改變，另一端的軸振動(dòng)參數(shù)是否變化；了解工藝參數(shù)、流程是否變化，機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)檢查是否有異象；進(jìn)行振動(dòng)頻譜分析，通過(guò)典型故障頻譜，對(duì)異常數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)故障，對(duì)下一步的維修計(jì)劃制定提供可靠依據(jù)。

4 結(jié)語(yǔ)

設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)關(guān)系到油氣田的安全生產(chǎn)，開(kāi)展設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷是保證現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安全平穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)各種狀態(tài)參數(shù)連續(xù)監(jiān)測(cè)，進(jìn)行行狀況數(shù)據(jù)分析，及時(shí)診斷潛在故障，為設(shè)備預(yù)防性維護(hù)提供依據(jù)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)只是一種技術(shù)手段，為保障現(xiàn)場(chǎng)安全生產(chǎn)，降低設(shè)備故障率，要不斷加強(qiáng)專業(yè)知識(shí)培訓(xùn)學(xué)習(xí)，提升技能，優(yōu)化現(xiàn)有監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，提高設(shè)備維護(hù)質(zhì)量。