在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在海洋石油平臺(tái)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

李政

（中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300450）

1 概述

隨著現(xiàn)代工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)現(xiàn)代化，以往的現(xiàn)場(chǎng)巡檢和離線監(jiān)測(cè)方式，無(wú)法有效監(jiān)測(cè)設(shè)備突發(fā)性和偶發(fā)性故障。而機(jī)組狀態(tài)的優(yōu)劣又事關(guān)海上采油生產(chǎn)平臺(tái)的安全有效運(yùn)行，設(shè)備非計(jì)劃停機(jī)對(duì)平臺(tái)連續(xù)性生產(chǎn)會(huì)造成一定的影響，而對(duì)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控就能有效解決這一難題。

在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)技術(shù)可以將傳統(tǒng)的定期維修轉(zhuǎn)化為視情維修；其次，離線監(jiān)測(cè)方式不能實(shí)時(shí)有效記錄設(shè)備故障數(shù)據(jù)，在線實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)可以實(shí)時(shí)記錄設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行匯總分析，比較精確的評(píng)估設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，改進(jìn)設(shè)備管理方式。

2 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)在采油平臺(tái)應(yīng)用現(xiàn)狀

狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)在海洋石油平臺(tái)/處理廠應(yīng)用以來(lái)，離線監(jiān)測(cè)模式已經(jīng)不能有效發(fā)揮設(shè)備管理的要求，隨著海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)設(shè)備管理方式的轉(zhuǎn)變，那么在線監(jiān)測(cè)技術(shù)就是隨著這一變革逐漸的應(yīng)用于海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)的動(dòng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)中。截至2020年，中海油各分公司下屬各平臺(tái)總計(jì)200多臺(tái)/次關(guān)鍵動(dòng)設(shè)備已經(jīng)接入在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。其中包括外輸泵、注水泵以及天然氣壓縮機(jī)等關(guān)鍵設(shè)備安裝了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并且部分設(shè)備把工藝參數(shù)（如機(jī)組的溫度、壓力、電流等參數(shù)）也引入到在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

我們根據(jù)多年離線監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)積累和設(shè)備故障發(fā)生頻率，并基于現(xiàn)場(chǎng)具體情況分析。又加之海洋石油平臺(tái)的外輸泵類和注水泵類設(shè)備屬于平臺(tái)生產(chǎn)核心設(shè)備。這類設(shè)備如果發(fā)生故障會(huì)對(duì)平臺(tái)生產(chǎn)等造成嚴(yán)重影響，離線監(jiān)測(cè)方式只能看到當(dāng)時(shí)采集時(shí)的數(shù)據(jù)，而現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境和設(shè)備運(yùn)行工況等變化后引起的振動(dòng)等變化，監(jiān)測(cè)人員是無(wú)法采集到當(dāng)時(shí)的振動(dòng)數(shù)據(jù)的，對(duì)于上述設(shè)備我們都推薦或采用在線實(shí)時(shí)監(jiān)控方式。

3 在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及技術(shù)概述

中海油海上生產(chǎn)平臺(tái)目前安裝的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，即利用現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)動(dòng)設(shè)備在線監(jiān)測(cè)信息的共享，所有設(shè)備操作及管理人員均可瀏覽設(shè)備實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)運(yùn)行數(shù)據(jù)并提取設(shè)備振動(dòng)、溫度等相關(guān)信息，對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析。通過(guò)分析對(duì)運(yùn)行動(dòng)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，如果設(shè)備存在潛在故障或出現(xiàn)故障，診斷中心的專業(yè)診斷工程師通過(guò)各種通信方式與現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理人員聯(lián)系并采取相應(yīng)的措施，及時(shí)對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行干預(yù)和提早采取措施，避免設(shè)備故障惡化或發(fā)生事故性故障。

4 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

在線系統(tǒng)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)振動(dòng)信號(hào)或信息的方式是，現(xiàn)場(chǎng)通過(guò)傳感器將采集到設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)傳輸信號(hào)處理系統(tǒng)，信號(hào)處理系統(tǒng)與數(shù)據(jù)采集器和平臺(tái)控制室平行連接，最后通過(guò)企業(yè)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)浇K端服務(wù)器和在線監(jiān)測(cè)與故障診斷分析人員，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)備份及分析。一方面現(xiàn)場(chǎng)管理人員實(shí)時(shí)瀏覽設(shè)備實(shí)時(shí)振動(dòng)數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)備各部分振動(dòng)趨勢(shì)和頻譜變化，提前采取相關(guān)干預(yù)措施，防止設(shè)備故障進(jìn)一步惡化；故障診斷分析人員可以實(shí)時(shí)讀取設(shè)備振動(dòng)等數(shù)據(jù)，詳細(xì)分析設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)，指導(dǎo)現(xiàn)場(chǎng)采取有針對(duì)性的維護(hù)和維修措施。

圖1 在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

5 在線系統(tǒng)常規(guī)圖譜

5.1 機(jī)組狀態(tài)總貌圖

圖2 機(jī)組狀態(tài)總貌圖

5.2 機(jī)組運(yùn)行主要振動(dòng)參數(shù)圖譜

在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)可以與平臺(tái)/終端中控系統(tǒng)的設(shè)備其他運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)對(duì)接和互訪，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的全面掌握。目前大部分設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是圍繞在利用振動(dòng)信號(hào)診斷機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷。僅憑這一點(diǎn)，還不能全面準(zhǔn)確評(píng)價(jià)和診斷機(jī)組的實(shí)際運(yùn)行情況。因?yàn)闄C(jī)組的振動(dòng)參數(shù)大小還取決于運(yùn)行時(shí)工藝條件(如溫度、壓力、負(fù)荷、轉(zhuǎn)速等)的變化。參考設(shè)備其他運(yùn)行信息使機(jī)組的分析診斷過(guò)程更加全面，有助于提高分析診斷的準(zhǔn)確性。

圖3 主要振動(dòng)參數(shù)圖譜

6 在線監(jiān)測(cè)技術(shù)對(duì)提高設(shè)備故障診斷和管理的意義

（1）遠(yuǎn)程在線狀態(tài)監(jiān)測(cè)可以實(shí)時(shí)記錄設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，可以隨時(shí)隨地時(shí)地查看設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，將改變企業(yè)設(shè)備管理模式，使企業(yè)設(shè)備維修從定期維修轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)防性維修。

（2）網(wǎng)絡(luò)的開放性使設(shè)備故障診斷更加準(zhǔn)確，可以集成各個(gè)診斷專家的智慧與經(jīng)驗(yàn)。極大提高系統(tǒng)的整體診斷能力。遠(yuǎn)程診斷可以實(shí)現(xiàn)打破邊界限制，使專家診斷知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)與診斷資料實(shí)現(xiàn)線上共享?？梢詫?shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障部位精準(zhǔn)定位從而采取更有效和更有針對(duì)性的維護(hù)和維修措施。

7 在線監(jiān)測(cè)故障診斷實(shí)例

依據(jù)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，根據(jù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)提供的設(shè)備振動(dòng)趨勢(shì)和頻譜成分變化，實(shí)時(shí)對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)與評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備真實(shí)狀態(tài)的掌控，指導(dǎo)設(shè)備適量維護(hù)和維修，保障設(shè)備可靠運(yùn)行。從而提高機(jī)組和生產(chǎn)裝置運(yùn)行的安全與可靠性。

案例：2011年4月份，某平臺(tái)注水泵我們?cè)诒O(jiān)測(cè)過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)泵非驅(qū)動(dòng)端加速度總值從之前的19m/s2左右上升到66m/s2左右，加速度時(shí)域波形沖擊明顯，加速度包絡(luò)頻譜中出現(xiàn)明顯的軸承故障峰值及其諧波。通過(guò)綜合分析泵非驅(qū)動(dòng)端軸承故障，應(yīng)對(duì)泵非驅(qū)動(dòng)端軸承進(jìn)行更換。隨后設(shè)備維修人員維修時(shí)，發(fā)現(xiàn)泵非驅(qū)動(dòng)軸承保持架嚴(yán)重磨損，影響設(shè)備正常使用。

當(dāng)時(shí)的頻譜圖如下：

圖4 案例頻譜圖

更換故障軸承照片：

8 結(jié)語(yǔ)

中海油動(dòng)設(shè)備在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)建立以來(lái)，海洋石油生產(chǎn)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)有效管理，使設(shè)備管理水平更上一個(gè)臺(tái)階。通過(guò)日常對(duì)動(dòng)設(shè)備狀態(tài)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，發(fā)現(xiàn)和預(yù)警多起設(shè)備故障問(wèn)題，并及時(shí)采取相應(yīng)措施，將設(shè)備故障消除在萌芽之中。由于在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)跟蹤監(jiān)測(cè)，避免了設(shè)備故障的惡化，保護(hù)了設(shè)備，也保證了生產(chǎn)的安全進(jìn)行。通過(guò)在線實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)設(shè)備更加科學(xué)有效的管理，優(yōu)化維修資源，提高資源有效利用率，從而節(jié)約人力和物力成本，實(shí)現(xiàn)企業(yè)生產(chǎn)節(jié)能、環(huán)保及經(jīng)濟(jì)等綜合效益，同時(shí)也使設(shè)備運(yùn)行更安全和可靠。