振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)的應(yīng)用

張順樂,王慶國

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司惠州油田作業(yè)區(qū)，廣東 深圳 518000；2.中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300000）

1 概述

隨著工業(yè)智能化的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)本身越來越復(fù)雜，同時(shí)伴隨著監(jiān)控系統(tǒng)也越來越完善。相比離線振動(dòng)監(jiān)測，在線監(jiān)測技術(shù)有時(shí)效性好、數(shù)據(jù)響應(yīng)快速等優(yōu)點(diǎn)。首先在線監(jiān)測技術(shù)能使設(shè)備故障得到及時(shí)的響應(yīng)，故障診斷人員通過實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)診斷設(shè)備故障，第一時(shí)間將設(shè)備故障情況反饋給現(xiàn)場，提前預(yù)測故障并指導(dǎo)現(xiàn)場維修；其次，當(dāng)設(shè)備未發(fā)生故障時(shí)，比如設(shè)備出現(xiàn)潤滑不良，工藝波動(dòng)等，通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以及時(shí)指導(dǎo)現(xiàn)場進(jìn)行必要的維護(hù)措施，避免設(shè)備欠維護(hù)或過渡維護(hù)、維修；在線監(jiān)測技術(shù)可以掌握設(shè)備長期或一個(gè)歷史時(shí)期數(shù)據(jù)，相對(duì)掌握設(shè)備的狀態(tài)優(yōu)劣，改進(jìn)設(shè)備的管理方式。所以在海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)關(guān)鍵設(shè)備（比如：原油外輸泵，注水泵，透平發(fā)電機(jī)組，往復(fù)壓縮機(jī)組）上，在線振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)有他獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)得到廣泛應(yīng)用。

但對(duì)于一些對(duì)生產(chǎn)和安全影響小，檢修比較容易，設(shè)備價(jià)值低，使用頻次少且有多臺(tái)備用機(jī)的機(jī)組，綜合評(píng)估并考慮成本，依然采用定期離線振動(dòng)監(jiān)測模式，且在海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)上非關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備上得到了廣泛應(yīng)用。運(yùn)用離線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)可以為非關(guān)鍵機(jī)組的關(guān)鍵部件的狀態(tài)評(píng)估提供可靠依據(jù)，指導(dǎo)此類設(shè)備基于評(píng)估結(jié)果進(jìn)行維護(hù)和維修。

2 振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在海洋石油平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀

振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)在海洋石油平臺(tái)、處理廠已開展了16年時(shí)間，對(duì)海上石油生產(chǎn)設(shè)備預(yù)防性維護(hù)和維修發(fā)揮了巨大的作用。截至2018 年7 月份，中國海油天津、湛江、上海，深圳分公司下屬各作業(yè)區(qū)所屬平臺(tái)的所有動(dòng)設(shè)備均已實(shí)施并應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)?；谡駝?dòng)監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)備狀態(tài)評(píng)估維護(hù)和維修模式，成為海洋石油生產(chǎn)設(shè)備維護(hù)和維修的主要數(shù)據(jù)依據(jù)和決策支撐，無論從生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益上都取得較大收益。尤其是海洋石油平臺(tái)的部分關(guān)鍵設(shè)備（如原油外輸泵、注水泵等），由于平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，一旦設(shè)備發(fā)生損壞，雖然不會(huì)對(duì)平臺(tái)生產(chǎn)等造成明顯影響，但對(duì)損壞設(shè)備返回陸地維修等工作，無論是經(jīng)濟(jì)上還是人員配備上，代價(jià)都會(huì)比較大。

另外對(duì)于一些受工況變化影響比較大的設(shè)備，采用在線監(jiān)測只能看到設(shè)備振動(dòng)數(shù)據(jù)，而工況變化后引起的振動(dòng)變化，現(xiàn)場工況變化的數(shù)據(jù)（溫度、壓力、流量、負(fù)荷、電流，泵的效率等）無法獲取，不可能對(duì)設(shè)備實(shí)現(xiàn)有效的監(jiān)測。

3 振動(dòng)監(jiān)測故障診斷實(shí)例

應(yīng)用動(dòng)設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)提供的振動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，準(zhǔn)確判斷機(jī)組的故障；并能根據(jù)設(shè)備振動(dòng)幅值和頻譜變化，對(duì)機(jī)組故障的嚴(yán)重程度做出判斷，實(shí)現(xiàn)了預(yù)防性維修。

3.1 在線監(jiān)測故障診斷案例：

案例1：2015 年1 月份，遼東作業(yè)公司某平臺(tái)注水泵運(yùn)行過程中，該平臺(tái)注水泵B 泵電機(jī)驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)加速度總值變高且存在較大的波動(dòng)現(xiàn)象，該端加速度總值達(dá)到110m/S2。電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承加速度頻譜中主要以電機(jī)的工頻和諧波為主，加速度時(shí)域波形沖擊較為明顯，包絡(luò)頻譜中存在軸承故障頻率；電機(jī)的速度總值相對(duì)不高，速度頻譜中主要以工頻為主，時(shí)域波形存在輕微的削頂現(xiàn)象。建議平臺(tái)應(yīng)謹(jǐn)慎關(guān)注運(yùn)行，運(yùn)行時(shí)密切關(guān)注電機(jī)振動(dòng)噪聲及溫度變化。電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承存在一定的磨損，故障有進(jìn)一步惡化趨勢(shì)，平臺(tái)根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)情況及時(shí)檢查，拆檢發(fā)現(xiàn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)端軸承保持架磨損嚴(yán)重，需要更換。

當(dāng)時(shí)的頻譜圖如下：

更換故障軸承照片：

案例2：2015 年7 月份，渤南作業(yè)公司某平臺(tái)外輸泵運(yùn)行過程中，該平臺(tái)外輸泵C 泵非驅(qū)動(dòng)端（4H）加速度總值持續(xù)呈上升趨勢(shì)，加速度總值較之前上升一倍，速度總值沒有變化。加速度頻譜中從低頻到高頻存在大量峰值能量和摩擦噪聲信號(hào)，加速度包絡(luò)存在353Hz 軸承故障頻率，軸承存在摩擦。建議平臺(tái)運(yùn)行時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎關(guān)注該泵非驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)和溫度變化，準(zhǔn)備好軸承備件，及時(shí)對(duì)該端軸承進(jìn)行更換。平臺(tái)根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn)情況及時(shí)檢查，泵非驅(qū)動(dòng)端軸承滾珠磨損嚴(yán)重，需要更換。

當(dāng)時(shí)的頻譜圖如下：

3.2 離線監(jiān)測故障診斷案例：

（1）某終端廠熱油循環(huán)泵P-H06C

案例背景：該泵從2006 年以來頻繁更換泵軸承，換上去的軸承平均壽命不到半年。

故障表現(xiàn)：振動(dòng)速度頻譜中有幅值突出的工頻和多次諧波，在新軸承運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后就會(huì)出現(xiàn)軸承故障頻譜。經(jīng)頻譜結(jié)合相位分析，判斷為軸承與軸承座配合間隙大，更換時(shí)部分新軸承游隙偏大。機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)聯(lián)軸器對(duì)中改變較大，泵撬基礎(chǔ)有松動(dòng)，有軟地腳現(xiàn)象。在維修時(shí)，維修人員測量軸承座發(fā)現(xiàn)，孔、軸配合間隙偏大，安裝軸承時(shí)只好用膠水固定軸承外圈，泵輸送的介質(zhì)溫度為150℃，在高溫時(shí)，膠水失效，導(dǎo)致軸承跑外圈，由于機(jī)組存在基礎(chǔ)松動(dòng)，泵運(yùn)轉(zhuǎn)一段時(shí)間后，聯(lián)軸器對(duì)中就會(huì)發(fā)生改變。以上原因?qū)е卤镁S修頻率較高，在清楚故障原因后，終端廠設(shè)備管理人員已經(jīng)訂購軸承座，計(jì)劃改造泵基礎(chǔ)。以下是故障時(shí)典型的頻譜：

（2）某平臺(tái)右舷16 噸吊機(jī)液壓泵電機(jī)軸承故障

案例背景：主液壓泵電機(jī)非驅(qū)動(dòng)端軸承在設(shè)備投入運(yùn)行時(shí)我們?cè)诒O(jiān)測時(shí)就發(fā)現(xiàn)有早期軸承故障，但振動(dòng)總值很低，我們?cè)诒O(jiān)測報(bào)告中建議繼續(xù)使用，在每次監(jiān)測時(shí)重點(diǎn)關(guān)注電機(jī)軸承故障的發(fā)展情況，設(shè)備一直平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)，在2009 年7 月監(jiān)測時(shí)發(fā)現(xiàn)軸承故障因子升高，軸承加速度包絡(luò)頻譜中，軸承缺陷頻率幅值升高，加速度波形圖中有小的沖擊波形出現(xiàn)，判斷為軸承故障已經(jīng)發(fā)展，因?yàn)檫@臺(tái)吊機(jī)是平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備，我們建議油田檢查更換，平臺(tái)接到我們的現(xiàn)場分析報(bào)告后立即組織維修人員進(jìn)行更換，檢查更換后的軸承，發(fā)現(xiàn)軸承滾道有蝕坑，軸承間隙因磨損間隙偏大，更換后電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

下面是故障時(shí)的典型頻譜：

4 結(jié)語

從中國海油各分公司下屬作業(yè)區(qū)所屬各個(gè)平臺(tái)應(yīng)用振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)以來，我們實(shí)現(xiàn)了對(duì)平臺(tái)動(dòng)設(shè)備進(jìn)行有效振動(dòng)監(jiān)測和基于設(shè)備狀態(tài)的維護(hù)和維修，發(fā)現(xiàn)和預(yù)警多次設(shè)備故障問題。隨著設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)將在中海油所屬平臺(tái)及其他企業(yè)設(shè)備管理與維修中發(fā)揮應(yīng)有的作用。應(yīng)用旋轉(zhuǎn)機(jī)械離線、在線振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)提供的頻譜變化，準(zhǔn)確判斷機(jī)組的故障，并能根據(jù)現(xiàn)場傳回的頻譜變化，對(duì)機(jī)組故障的嚴(yán)重程度做出判斷，實(shí)現(xiàn)了預(yù)防性維修。利用離線、在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)可以定時(shí)或?qū)崟r(shí)監(jiān)測機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，在某些惡性故障的形成過程中，或者在破壞性故障的初期便采集到信息，及時(shí)分析診斷原因和發(fā)展趨勢(shì)，避免故障的擴(kuò)大、避免二次事故的出現(xiàn)，真正做到防患于未然，從而提高機(jī)組和生產(chǎn)裝置運(yùn)行的安全與可靠性。