海洋石油平臺(tái)中關(guān)鍵機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)應(yīng)用探析

石美玉，王棟，姚飛，邱楊，高廣建

（1.天津?yàn)I海概念人力資源有限公司/中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司；2.中海石油（中國(guó)）有限公司天津分公司，天津 300450）

在海洋石油平臺(tái)生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，各類機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)直接影響著海洋石油平臺(tái)的正常生產(chǎn)運(yùn)行。而平臺(tái)上的海水提升泵、消防保壓泵、注水增壓泵、空壓機(jī)等關(guān)鍵機(jī)泵，更是確保平臺(tái)正常生產(chǎn)的重要角色，其長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行的重要性不言而喻。海洋石油平臺(tái)受環(huán)境條件限制，各關(guān)鍵機(jī)泵備件很少，如果關(guān)鍵機(jī)泵發(fā)生故障停機(jī)，則可能導(dǎo)致生產(chǎn)流程停滯，造成較大經(jīng)濟(jì)損失。

隨著服役年限的增加，平臺(tái)上關(guān)鍵機(jī)泵故障頻發(fā)，維修費(fèi)用及生產(chǎn)損失較大，甚至造成設(shè)備毀壞事故。目前，多采用離線振動(dòng)采集儀定期監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，無(wú)法進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不能及時(shí)捕捉和回溯故障發(fā)生時(shí)設(shè)備的運(yùn)行情況，影響對(duì)關(guān)鍵機(jī)泵突發(fā)故障的預(yù)測(cè)及診斷。

在關(guān)鍵機(jī)泵上安裝在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，通過(guò)在線實(shí)時(shí)采集機(jī)泵關(guān)鍵部件振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)遠(yuǎn)程故障診斷的方式進(jìn)行狀態(tài)分析，及時(shí)發(fā)現(xiàn)早期故障及各種反常情況，從而更全面精準(zhǔn)地掌握設(shè)備的狀況，便于現(xiàn)場(chǎng)維修人員對(duì)設(shè)備的失效時(shí)間做出預(yù)測(cè)并提前制定好維修維保計(jì)劃，在確保安全的前提下減少設(shè)備故障停機(jī)次數(shù)，避免非計(jì)劃性關(guān)停，降低維修成本，顯著提高設(shè)備的管理水平。

1 系統(tǒng)介紹

1.1 系統(tǒng)概述

機(jī)泵設(shè)備都會(huì)在其失效前釋放出早期預(yù)警信號(hào)，例如，振動(dòng)、溫度、聲音的變化等，而振動(dòng)是其中最有用的信號(hào)，對(duì)振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化管理，可以監(jiān)測(cè)機(jī)泵設(shè)備的多數(shù)故障。關(guān)鍵機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)實(shí)時(shí)采集，從而覆蓋設(shè)備的失效周期，不僅可以做到對(duì)設(shè)備故障的早期預(yù)警，而且可以對(duì)已出現(xiàn)的各種征兆做針對(duì)性的分析、診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況的精準(zhǔn)管理，便于合理安排檢修計(jì)劃，避免設(shè)備非計(jì)劃性停機(jī)，降低維護(hù)費(fèi)用。

關(guān)鍵機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)軟、硬件采用模塊化和網(wǎng)絡(luò)化的設(shè)計(jì)，充分保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。由于軟硬件系統(tǒng)的模塊化設(shè)計(jì)，使得每一通道都是獨(dú)立的檢測(cè)單元，可以方便地設(shè)置邏輯通道與物理通道的對(duì)應(yīng)關(guān)系，保證了系統(tǒng)的可維護(hù)性。遠(yuǎn)程通訊網(wǎng)絡(luò)可采用現(xiàn)場(chǎng)的局域網(wǎng)，在保障網(wǎng)絡(luò)安全的前提下，具有很好的開(kāi)放性。系統(tǒng)可以根據(jù)需要在原有功能基礎(chǔ)上任意增減子系統(tǒng)的數(shù)目，每個(gè)子系統(tǒng)內(nèi)部可以任意增減通道的數(shù)目方便用戶后期對(duì)系統(tǒng)改造擴(kuò)展。

1.2 系統(tǒng)構(gòu)成

關(guān)鍵機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)由傳感器、防爆接線箱、安全隔離柵、現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)器、機(jī)柜、路由器和客戶端軟件等組成?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器將采集到的信號(hào)由本安電纜傳輸至控制室安全柵接線箱內(nèi)進(jìn)行信號(hào)安全隔離，經(jīng)數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行信號(hào)處理、數(shù)據(jù)采集。數(shù)據(jù)采集器再通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將處理好的數(shù)據(jù)傳輸?shù)椒?wù)器，進(jìn)行數(shù)據(jù)的處理、分析與存儲(chǔ)。安全柵、數(shù)據(jù)采集器和服務(wù)器統(tǒng)一安裝在在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)機(jī)柜中。操作人員可以在現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)站觀察設(shè)備各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)總值和振動(dòng)趨勢(shì)，根據(jù)設(shè)備狀態(tài)采取相應(yīng)維保措施，避免設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障；狀態(tài)監(jiān)測(cè)工程師負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，協(xié)助現(xiàn)場(chǎng)人員解決設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中遇到的問(wèn)題。其他用戶也可以通過(guò)客戶端軟件瀏覽相關(guān)數(shù)據(jù)。

1.3 系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與分析：①系統(tǒng)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)機(jī)組測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)值，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集與顯示；②可實(shí)現(xiàn)振動(dòng)數(shù)據(jù)的歷史趨勢(shì)存儲(chǔ)和查詢；③實(shí)時(shí)顯示測(cè)點(diǎn)的波形頻譜圖；④提供相關(guān)趨勢(shì)分析功能；⑤可自定義測(cè)點(diǎn)特征值及其單位。

圖1 關(guān)鍵機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)圖

（2）報(bào)警和預(yù)警功能。系統(tǒng)對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)報(bào)警值設(shè)定分高值、高高值報(bào)警，當(dāng)數(shù)值超過(guò)高值報(bào)警時(shí)，數(shù)值顯示顏色會(huì)變?yōu)辄S色，以提醒現(xiàn)場(chǎng)人員注意。同樣，當(dāng)數(shù)值超過(guò)高高值報(bào)警時(shí)，數(shù)值顯示顏色會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榧t色。顯示數(shù)值實(shí)時(shí)更新，并可通過(guò)歷史趨勢(shì)查詢來(lái)顯示報(bào)警時(shí)間前后的趨勢(shì)圖。

（3）故障診斷功能。當(dāng)系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)出現(xiàn)報(bào)警顯示時(shí)，可對(duì)該測(cè)點(diǎn)進(jìn)行各頻值比較或與不同測(cè)點(diǎn)同一頻值進(jìn)行比較，對(duì)報(bào)警進(jìn)行專家診斷，得出診斷結(jié)論。

系統(tǒng)對(duì)設(shè)備軸承故障、齒輪故障、對(duì)中不良、不平衡、電氣故障、機(jī)械松動(dòng)等常見(jiàn)故障起到有效的監(jiān)測(cè)及預(yù)警作用。

（4）在線報(bào)告報(bào)表?？勺詣?dòng)生成監(jiān)測(cè)診斷報(bào)告、機(jī)泵月報(bào)表、廠級(jí)報(bào)表和振動(dòng)參數(shù)報(bào)表。

2 系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用

2.1 系統(tǒng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置

以現(xiàn)場(chǎng)使用的海水提升泵機(jī)組為例，機(jī)組結(jié)構(gòu)為立式離心泵：一臺(tái)電機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器帶動(dòng)一臺(tái)單級(jí)離心泵。機(jī)組結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

根據(jù)機(jī)組常見(jiàn)的故障，系統(tǒng)對(duì)每臺(tái)機(jī)組的電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端、電機(jī)驅(qū)動(dòng)端、泵驅(qū)動(dòng)端軸承座水平方向振動(dòng)速度和加速度值進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即在上圖中對(duì)應(yīng)的MOH、MIH、PIH、POH處 安裝振動(dòng)傳感器，其中，泵端PIH、POH兩個(gè)測(cè)點(diǎn)需對(duì)軸承溫度進(jìn)行測(cè)量，所以，泵端2個(gè)傳感器選用溫度振動(dòng)一體的傳感器。每臺(tái)設(shè)備共計(jì)4個(gè)傳感器。

圖2 海水提升泵監(jiān)測(cè)點(diǎn)布置圖

2.2 系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)施工安裝

（1）傳感器的安裝。為保證在安裝傳感器時(shí)設(shè)備不停機(jī)，傳感器安裝方式采用底座膠粘固定方式。測(cè)點(diǎn)安裝位置盡量靠近設(shè)備軸承，將選好的位置處進(jìn)行打磨，以便于黏結(jié)牢固；傳感器與底座采用轉(zhuǎn)接螺絲固定方式連接。

（2）傳感器信號(hào)線敷設(shè)。在機(jī)組撬塊邊緣安裝防爆接線箱，將穿好金屬護(hù)線軟管的傳感器信號(hào)線沿著走線槽一直敷設(shè)到防爆接線箱內(nèi)，防爆箱內(nèi)部安裝專用儀表接線端子進(jìn)行傳感器延長(zhǎng)電纜與主電纜信號(hào)對(duì)接。

（3）多芯信號(hào)電纜的敷設(shè)和接線。傳感器信號(hào)接入防爆接線箱后，轉(zhuǎn)成1根多芯電纜接出，多芯信號(hào)電纜沿橋架敷設(shè)到設(shè)備間機(jī)柜，將所有傳感器信號(hào)接入機(jī)柜中安全柵及數(shù)采器內(nèi)，數(shù)采器將所采集的數(shù)據(jù)通過(guò)路由器，傳輸給服務(wù)器進(jìn)行存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳。

（4）體統(tǒng)調(diào)試。系統(tǒng)安裝完成后，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試，檢查系統(tǒng)測(cè)量信號(hào)機(jī)信號(hào)通道的準(zhǔn)確性。

3 系統(tǒng)運(yùn)行情況

系統(tǒng)完成調(diào)試上線后，平臺(tái)將該系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)與之前使用的離線振動(dòng)分析儀所測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)對(duì)比，二者數(shù)據(jù)相差無(wú)幾，基于現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間使用離線振動(dòng)分析儀來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)監(jiān)測(cè)，故可認(rèn)為關(guān)鍵機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)運(yùn)行可靠，具備長(zhǎng)時(shí)間在線、穩(wěn)定監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)關(guān)鍵機(jī)泵運(yùn)行狀態(tài)的能力。

圖3為某臺(tái)海水提升泵正常運(yùn)行時(shí)各測(cè)點(diǎn)加速度歷史振動(dòng)趨勢(shì)圖，歷史轉(zhuǎn)速趨勢(shì)圖，及選中的PIH測(cè)點(diǎn)的加速度波形圖及加速度頻譜圖。根據(jù)需要，現(xiàn)場(chǎng)及遠(yuǎn)程診斷工程師可隨時(shí)查看任意測(cè)點(diǎn)的歷史速度及加速度振動(dòng)趨勢(shì)圖及頻譜圖，了解設(shè)備運(yùn)行狀況；如有異常振動(dòng)，超過(guò)系統(tǒng)設(shè)定的報(bào)警值，遠(yuǎn)程診斷工程師可根據(jù)趨勢(shì)圖及頻譜圖的實(shí)際情況進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)故障發(fā)生部位及故障原因，現(xiàn)場(chǎng)人員也可根據(jù)相關(guān)趨勢(shì)分析和專家診斷意見(jiàn)對(duì)設(shè)備的失效時(shí)間進(jìn)行預(yù)測(cè)，并提前制定好維修維保計(jì)劃。

圖3 設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)加速度圖譜

4 結(jié)語(yǔ)

關(guān)鍵機(jī)泵在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)具有良好的穩(wěn)定性和可靠性。其網(wǎng)絡(luò)化、模塊化的特點(diǎn)維護(hù)簡(jiǎn)單，網(wǎng)絡(luò)通訊方便，而且其可擴(kuò)展性又便于用戶后期對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，大大降低了未來(lái)項(xiàng)目改造過(guò)程中的成本。

在關(guān)鍵機(jī)泵上安裝振動(dòng)在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)人員實(shí)現(xiàn)了對(duì)關(guān)鍵機(jī)泵設(shè)備振動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、歷史趨勢(shì)查詢和振動(dòng)頻譜分析，便于現(xiàn)場(chǎng)人員對(duì)關(guān)鍵機(jī)泵設(shè)備的突發(fā)故障進(jìn)行預(yù)測(cè)，并可在遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測(cè)工程師的協(xié)助下，共同完成對(duì)關(guān)鍵機(jī)泵的高振診斷，達(dá)到了全面精準(zhǔn)掌握設(shè)備運(yùn)行狀況的目標(biāo)?，F(xiàn)場(chǎng)人員可根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀況，提前制定好維修維保計(jì)劃，這不僅減少了設(shè)備故障的停機(jī)次數(shù)，避免了非計(jì)劃性關(guān)停，降低了維修費(fèi)用，更實(shí)現(xiàn)了設(shè)備維修方式由傳統(tǒng)的故障后維修預(yù)防性維修向預(yù)測(cè)性維修轉(zhuǎn)變，顯著提高了現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的管理水平。