無線振動監測器在注水泵的應用試驗

李文生，馬廣文

（長慶油田分公司第三采油廠吳起作業區，陜西吳起717612）

無線振動監測器在注水泵的應用試驗

李文生，馬廣文

（長慶油田分公司第三采油廠吳起作業區，陜西吳起717612）

振動監測系統的工作原理、組成、功能。運用現代故障診斷技術和系統集成技術，對設備運行過程實時在線監測，實現設備隱患的早期診斷。重點介紹了該系統在生產中的應用實例，以及系統的使用效果。

振動監測；軟件；注水泵

0 引言

長慶油田大量使用注水泵等旋轉機械設備，這些設備在旋轉時具有很大的能量。若機械旋轉部分產生摩擦或者軸承、軸徑向振動過大，機器出現故障，能量得不到控制，就會導致機械的損壞，甚至影響到周圍人身、設備的安全。為了保障設備的安全、平穩運行就要做到“預知性維修”，即在掌握了設備的動態信息之后，在人為干預之下，分析診斷設備運行中存在的異常、故障，確定設備的部件損壞程度，合理安排檢修周期，而減少人員的維護強度、部件的更換次數，實現理性化的設備管理。如何實現設備“預知性維修”，這需要建立一個完善的科學管理體系，利用現代科學的監測儀器、系統運行狀態參數，認知設備狀態。做到設備靜態、動態信息完整化、數字化，即有據可依，有數可查，實現科學的信息綜合處理。掌握設備維護的第一手資料，即原始檔案和設備故障征兆。機械設備故障通常是以振動信號表現的，只要能夠正確識別設備的振動信息就可掌握設備的動態，把握設備的維修周期。

1 注水設備現狀

A聯合站作為吳420區塊的注水源頭之一，注水泵運行工況直接關系到下游各生產單元配注的合格率，站內6臺注水泵及電機的高效平穩運轉重要性是不言而喻的。在目前的注水系統工藝下，吳一聯站內6臺注水泵處于連續運轉狀態，這也導致了設備在運行中經常會出現某些不可預料的故障。通過數字化傳輸數據雖然能夠監控注水泵運行的流量、壓力，但對機械故障，不能起到預防作用。員工對設備故障的預判基本依靠經驗來實現，但發現的頻次低，且無法精確判斷，效果不是很理想。為徹底解決這一問題，2014年7月作業區嘗試引入DH5975W型無線振動監測系統，通過實時采集振幅、加速度、溫度數據來判斷設備的運行狀況，實現精確預測故障，避免事故發生。

2 無線振動監測器結構原理與特點

2.1 結構原理（圖1）

圖1 無線振動監測系統原理

無線振動監測器主要由傳感器（安裝電池）、信號接收器、無線通信控制器組成。DH5975無線狀態監測器通過對設備垂直振動、水平振動和溫度的監測，準確判斷旋轉機械軸系的不平衡、不對中、部件結構松動等常見故障，實現了對設備運行狀態的實時、準確監測。系統經過無線網絡將振動烈度和溫度值傳送至中控室監控電腦平臺，即能顯示實時數據又能夠顯示歷史變化趨勢和預設報警，員工發現數據異常時即使通知站內設備管理人員現場核實情況，通過對數據和現場情況的比對，切實起到了及時發現、及時處理的作用，防止由于電機小故障導致注水泵停運的嚴重后果，確保了注水系統的穩定性。

2.2 特點

（1）安裝方便、配置靈活。在控制器的通信范圍內，可在設備旁就近安置DH5975，節省線纜的費用。每臺DH5975外接4只振動加速度傳感器（內置溫度傳感器），電容式傳感器或ICP加速度傳感器。每臺控制器可接受多臺DH5975的數據。

（2）瞬態保護、狀態確認。當傳感器采集數據時受到瞬態干擾，上位機收到數據后自動進行狀態判斷，經重新采樣后才認定狀態，避免誤報警。

（3）自學習報警。上位機發送自學習指令，DH5975的相應傳感器在一段時間內采集若干組數據（默認每25 min采集一組數據，共10組），經過數值計算后，得到基準值，根據設定的報警規則，自動設置兩級報警閥值。

（4）休眠模式。DH5977在大部分時間內都處于休眠模式，以節省電量，只有當上位機給其發送采數指令時才開始工作。

（5）上位機控制。DH5975只進行采樣、計算特征值、通信等少量工作，其余大部分工作由上位機完成，這些工作包括輪巡控制（根據振動速度值切換監測時間間隔）、計算加速度值、速度值、繪制趨勢圖和波形頻譜、保存數據、狀態判斷與確認、觸發警報、自學習控制、手工采集控制。

（6）簡潔直觀的軟件界面。單機版用戶軟件，安裝在中控本地計算機上，可與無線傳感器組成小系統，單獨使用。軟件操作簡單，具有設備分布圖、設備監測圖、測點趨勢圖，方便一線人員觀測和操作。

3 應用效果及經濟效益分析

2014年7月作業區引入DH5975型無線振動監測系統，安裝于A聯合站5臺注水泵及電機，對注水泵曲軸、軸承及電機軸、軸承進行垂直、水平方向的振動、溫度進行監測。

3.1 應用效果分析

（1）A聯合站注水泵及電機監測數據見圖2，根據ISO 2372設備振動國際標準及無線振動監測器監測到的數據可以看出兩臺注水泵及電機的振動均在可接受范圍內。

圖2 A聯合站2#～6#振動監測數據

（2）5臺注水泵監測數據波形圖。通過垂直方向振動波形圖（圖3）可以看出，設備在一段時間內運行平穩且在允許振動范圍內。通過水平方向振動波形圖（圖4）可以看出，設備在一段時間內運行平穩且在允許振動范圍內。通過設備運行溫度波形圖（圖5）可以看出，設備溫度在一段時間內在允許范圍內。

圖3 垂直方向振動波形圖

（3）DH5975無線狀態監測器的電池的內部為灌膠設計，在長期使用之后需要較為頻繁的更換電池，會一定程度的增加人力和物力成本；原傳感器自重較大，在水平方向安裝時會有安裝不當（安裝面為曲面）掉下的情況發生。鑒于此，目前正在做硬件設備升級，將原型號的設備升級為DH5977W-A型，針對存在問題進行以下改進。

（1）現場24 V供電不受電量限制，最大程度減少電池更換的成本，達到長時間有效監測設備振動和溫度狀態。

（2）DH5977W使用的是DH185T傳感器，自重小且靈敏度高，測試數值更加精確。但是會增加現場布線的工作量。

（3）DH5977W-A外置天線，信號強度遠大于原先內置天線的DH5975W，較大程度減少數據的丟失。

3.2 經濟效益分析

（1）2014年6月，發現6#注水泵電機水平振動、垂直振動數據超出范圍，隨即檢修電機，發現軸承磨損（圖6），在更換兩盤電機軸承后設備平穩運行。如果沒有提早發現故障將導致電機燒毀。經濟效益=事后維修費用-預知維修費用=2.52-0.15=2.37萬元。

圖4 水平方向振動波形圖

圖5 設備運行溫度波形圖

圖6 6#注水泵電機非正常波形圖及軸承損壞圖

（2）2014年6月下旬，6#注水泵動力水平振動超出范圍，隨即對動力端進行了檢修，發現3盤軸承全部出現不同程度磨損（圖7）。如果沒有預知維修將導致注水泵曲軸拉傷、軸承抱死等故障。經濟效益=事后維修費用-預知維修費用=3.4-1.43=1.97萬元。

（3）2014年12月，2#注水泵電機垂直和水平振動超出范圍，隨即停泵檢修，發現2#注水泵電機軸承出現腐蝕磨損（圖8），在更換2盤軸承后設備平穩運行。如果沒有提早發現故障將導致電機燒毀。經濟效益=事后維修費用-預知維修費用= 2.52-0.3=2.22萬元。

（4）2015年4月，5#注水泵垂直和水平振動超出范圍，隨即停泵檢修，發現5#注水泵側軸承軸出現腐蝕磨損（圖9）。如果沒有預知維修將導致注水泵曲軸拉傷、軸瓦抱死、軸承抱死等故障。經濟效益=事后維修費用-預知維修費用=3.4-1.43=1.97萬元。

圖7 6#注水泵非正常波形圖及軸承損壞圖

圖8 2#注水泵電機非正常波形圖及軸承損壞圖

圖9 5#注水泵非正常波形圖及軸承損壞圖

（5）2015年10月，2#注水泵電機垂直和水平振動超出范圍，隨即停泵檢修，發現2#注水泵電機軸腐蝕（圖10）。如果沒有預知維修將導致注水泵電機軸斷裂、電機燒毀等故障。經濟效益=事后維修費用-預知維修費用=3.72-1.1=2.62萬元。

圖10 2#注水泵電機非正常波形圖及軸損壞圖

根據上述5起設備故障及設備投入費用（單臺注水泵及電機設備費用2.5萬元）進行經濟效益分析，平均監測到1.1次設備故障可收回投資成本，且杜絕了因為事后維修時間長造成的欠注現象，隱形的保障了原油產量。

3 結論

無線振動監測設備作為一種有效、科學的設備運行監測手段，經過現場工況的改進，正在逐步適應現場的實際要求，在注水泵及電機上的試驗非常成功，而且投資回收成本期短，經濟效益非常可觀。

［1］盛兆順，尹琦嶺.設備狀態監測與故障診斷技術及應用［M］.北京：化學工業出版社，2003.

〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.42