在線監(jiān)測與遠(yuǎn)程診斷技術(shù)在海洋石油平臺的應(yīng)用

龐樹民

(中海石油技術(shù)檢測有限公司，天津 300452)

動設(shè)備的管理是中海油油氣生產(chǎn)過程中的重要管理工作之一。“十一五”期間中海油油氣產(chǎn)量已實現(xiàn)5 0 0 0萬m3，動設(shè)備的安全穩(wěn)定高效運行發(fā)揮了重要作用，特別是一些關(guān)鍵核心動設(shè)備對油田生產(chǎn)安全環(huán)保起著重要的作用。因此做好關(guān)鍵動設(shè)備的管理，成為設(shè)備管理者面臨的重大課題。

一、確定關(guān)鍵動設(shè)備監(jiān)測點的位置和參數(shù)

系統(tǒng)的監(jiān)測以振動監(jiān)測為主，采集的數(shù)據(jù)包括振幅、頻譜、時域波形、包絡(luò)譜、相位、過程參數(shù)等。智能診斷的故障包括不平衡、不對中、松動、共振、軸承故障、聯(lián)軸節(jié)故障、齒輪磨損、葉片故障、轉(zhuǎn)子故障、電機(jī)故障等。測量點布置如圖1所示。

離線狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)在海洋石油平臺應(yīng)用已近1 1年，主要用于對關(guān)鍵設(shè)備實施預(yù)防性維修。但是離線監(jiān)測技術(shù)需要每月一次派遣很多有特殊經(jīng)驗和技能的人員遠(yuǎn)赴海上平臺進(jìn)行檢測，不僅不方便、不及時、不經(jīng)濟(jì)，還不能對設(shè)備實施實時監(jiān)控、隨機(jī)診斷。因此，必須開發(fā)應(yīng)用在線監(jiān)測技術(shù)。

二、在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2 0 1 1年9月，中海油已建成首個動設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測與智能診斷中心，將動設(shè)備管理從職能化模式轉(zhuǎn)為流程化模式，實現(xiàn)了動設(shè)備的安全、可靠、及時性管理。經(jīng)過專業(yè)技術(shù)人員對海洋石油平臺關(guān)鍵設(shè)備結(jié)構(gòu)性能及安裝位置、底座剛度連接等分析研究，確定了參數(shù)數(shù)據(jù)及選擇了數(shù)據(jù)采集器，建立了與之相匹配的數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器，開發(fā)了系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析處理軟件和輸出頻譜圖形。

在線監(jiān)測系統(tǒng)的框架結(jié)構(gòu)基本類似，利用現(xiàn)有的中海油企業(yè)自身局域網(wǎng)實現(xiàn)內(nèi)部信息傳輸共享，狀態(tài)監(jiān)測故障診斷中心的人員與油田各平臺設(shè)備管理人員都能利用客戶端登陸在線監(jiān)測系統(tǒng)，可以瀏覽當(dāng)前設(shè)備的運行狀態(tài)。系統(tǒng)還具有故障顯示或報警功能。

1.在線監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

在線系統(tǒng)監(jiān)測的方法：在設(shè)備軸承位置安裝加速度傳感器，通過網(wǎng)線與現(xiàn)場服務(wù)器和動設(shè)備遠(yuǎn)程檢測與智能診斷中心的服務(wù)器相連接，實施數(shù)據(jù)傳輸和存儲備份，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成視頻頻譜圖形。現(xiàn)場管理人員可以直接登陸到現(xiàn)場服務(wù)器，觀察設(shè)備各檢測點的振動總值和振動趨勢，并根據(jù)設(shè)備狀態(tài)采取相應(yīng)的措施，避免設(shè)備出現(xiàn)嚴(yán)重故障；狀態(tài)監(jiān)測工程師負(fù)責(zé)對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程故障診斷，其他被授權(quán)用戶也可以登陸到狀態(tài)監(jiān)測服務(wù)器，通過I E瀏覽所有作業(yè)區(qū)的設(shè)備運行數(shù)據(jù)。

信息網(wǎng)絡(luò)化為實時狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)將振動、溫度、沖擊監(jiān)測和診斷集合為一體化的信息網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)。此系統(tǒng)采用了多種先進(jìn)技術(shù)，可以針對不同用戶、不同設(shè)備、不同網(wǎng)絡(luò)特點，形成了一套基于I n t e r n e t的設(shè)備實時在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)。系統(tǒng)中將監(jiān)測、診斷、報警、預(yù)防維修集合于一體，為用戶快速、準(zhǔn)確診斷設(shè)備故障提供了有效的手段。

中海油檢測中心局域網(wǎng)示意圖如圖2所示。

2.在線系統(tǒng)常規(guī)圖譜

機(jī)組狀態(tài)總貌圖如圖3所示，趨勢圖如圖4所示。

在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)可以與其他控制系統(tǒng)對接，即將其他系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引入到該系統(tǒng)或者將該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)引入到其他系統(tǒng)，尤其是可以將控制系統(tǒng)中的工藝量參數(shù)引入到監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)對機(jī)組的綜合分析診斷。

目前狀態(tài)監(jiān)測故障診斷中心使用的在線監(jiān)測系統(tǒng)有上海容知R H 2 0 0 0在線系統(tǒng)與北京化工大學(xué)B H 5 0 0 0系統(tǒng)。

3.系統(tǒng)功能及技術(shù)特點

(1)自動數(shù)據(jù)采集。

(2)智能實時預(yù)警。

(3)信號分析處理。信號分析處理系統(tǒng)可對各個機(jī)組在不同時刻、不同狀態(tài)下的動態(tài)信號快速準(zhǔn)確地進(jìn)行各種信號分析和數(shù)據(jù)處理，以各種圖譜表達(dá)出來，并將其數(shù)據(jù)信號特征傳遞給故障診斷專家系統(tǒng)，為準(zhǔn)確識別故障提供了數(shù)據(jù)支持。

(4)故障智能診斷。通過對動設(shè)備狀態(tài)特征參數(shù)變化的識別、分析設(shè)備發(fā)生振動和機(jī)械損傷的原因、判斷振源、提出維修建議。故障智能診斷專家系統(tǒng)依托動設(shè)備離線監(jiān)測數(shù)據(jù)積累和各種類型的故障案例，整合了豐富的故障診斷知識和經(jīng)驗，保證了較高的故障診斷準(zhǔn)確率。

(5)三層網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。兩層與三層網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)示意圖見圖5。傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在訪問量和數(shù)據(jù)傳輸量方面存在很大的瓶頸，本系統(tǒng)采用三層結(jié)構(gòu)應(yīng)用體系(如圖5 b所示)。在三層體系結(jié)構(gòu)中，應(yīng)用服務(wù)層接受客戶端的業(yè)務(wù)請求，根據(jù)請求訪問數(shù)據(jù)庫，做相關(guān)處理，將處理結(jié)果返回客戶機(jī)。應(yīng)用服務(wù)層從物理上和邏輯上都可以獨立出來，客戶端不直接訪問數(shù)據(jù)庫服務(wù)器(層)，而是訪問應(yīng)用服務(wù)層。

與兩層體系結(jié)構(gòu)相比，三層體系結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點：①體系結(jié)構(gòu)優(yōu)化，方便了軟件維護(hù)及系統(tǒng)管理，增強(qiáng)了系統(tǒng)的擴(kuò)展能力；②提高了系統(tǒng)安全性以及業(yè)務(wù)級的權(quán)限管理，客戶端和數(shù)據(jù)庫隔離，有利于安全管理；在體系結(jié)構(gòu)中將業(yè)務(wù)邏輯劃分權(quán)限，一種業(yè)務(wù)對應(yīng)一個中間件模塊(應(yīng)用服務(wù))，利用中間件的安全管理對其進(jìn)行訪問控制，使權(quán)限控制與管理更加靈活、方便和實效；③減少網(wǎng)絡(luò)流量和提高響應(yīng)速度，應(yīng)用服務(wù)層的引入有效地解決了網(wǎng)絡(luò)瓶頸和數(shù)據(jù)庫連接數(shù)過多而引起數(shù)據(jù)庫性能下降的問題。

四、遠(yuǎn)程監(jiān)測故障診斷實例

案例1：2 0 1 1年4月，遼東某平臺外輸泵在運行中泵非驅(qū)動端測點振動幅值突然呈上升趨勢，頻譜中出現(xiàn)明顯的地腳能量及軸承故障峰值，時域波形中出現(xiàn)明顯的沖擊現(xiàn)象(見圖6)。

經(jīng)分析判斷認(rèn)為泵非驅(qū)動端軸承出現(xiàn)故障，建議準(zhǔn)備好軸承備件，進(jìn)行更換。平臺隨后更換了故障軸承，發(fā)現(xiàn)軸承保持架磨損嚴(yán)重，接近報廢。

案例2：2 0 1 1年6月，綏中3 6-1某注水泵在運行過程中泵非驅(qū)動端測點振動幅值突然呈上升趨勢，頻譜中出現(xiàn)明顯的地腳能量及軸承故障峰值，建議停機(jī)檢修。平臺停機(jī)對該泵進(jìn)行檢修，發(fā)現(xiàn)軸承嚴(yán)重?fù)p壞。

五、結(jié)語

信息網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程故障診斷能有效評價設(shè)備的實際動態(tài)性能和最佳的運動參數(shù)，有效評價設(shè)備的維修質(zhì)量及性能，保障設(shè)備安全運行，形成了設(shè)備管理新的模式，提高了設(shè)備管理水平。

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