海洋石油平臺中關鍵機泵在線監測診斷系統應用探析

石美玉，王棟，姚飛，邱楊，高廣建

（1.天津濱海概念人力資源有限公司/中海油能源發展裝備技術有限公司；2.中海石油（中國）有限公司天津分公司，天津 300450）

在海洋石油平臺生產作業過程中，各類機泵運行狀態直接影響著海洋石油平臺的正常生產運行。而平臺上的海水提升泵、消防保壓泵、注水增壓泵、空壓機等關鍵機泵，更是確保平臺正常生產的重要角色，其長期穩定運行的重要性不言而喻。海洋石油平臺受環境條件限制，各關鍵機泵備件很少，如果關鍵機泵發生故障停機，則可能導致生產流程停滯，造成較大經濟損失。

隨著服役年限的增加，平臺上關鍵機泵故障頻發，維修費用及生產損失較大，甚至造成設備毀壞事故。目前，多采用離線振動采集儀定期監測其運行狀態，無法進行實時監測，不能及時捕捉和回溯故障發生時設備的運行情況，影響對關鍵機泵突發故障的預測及診斷。

在關鍵機泵上安裝在線監測診斷系統，通過在線實時采集機泵關鍵部件振動數據，通過遠程故障診斷的方式進行狀態分析，及時發現早期故障及各種反常情況，從而更全面精準地掌握設備的狀況，便于現場維修人員對設備的失效時間做出預測并提前制定好維修維保計劃，在確保安全的前提下減少設備故障停機次數，避免非計劃性關停，降低維修成本，顯著提高設備的管理水平。

1 系統介紹

1.1 系統概述

機泵設備都會在其失效前釋放出早期預警信號，例如，振動、溫度、聲音的變化等，而振動是其中最有用的信號，對振動數據進行量化管理，可以監測機泵設備的多數故障。關鍵機泵在線監測診斷系統可實現對振動實時采集，從而覆蓋設備的失效周期，不僅可以做到對設備故障的早期預警，而且可以對已出現的各種征兆做針對性的分析、診斷，實現對設備運行狀況的精準管理，便于合理安排檢修計劃，避免設備非計劃性停機，降低維護費用。

關鍵機泵在線監測診斷系統軟、硬件采用模塊化和網絡化的設計，充分保障系統的穩定性和可靠性。由于軟硬件系統的模塊化設計，使得每一通道都是獨立的檢測單元，可以方便地設置邏輯通道與物理通道的對應關系，保證了系統的可維護性。遠程通訊網絡可采用現場的局域網，在保障網絡安全的前提下，具有很好的開放性。系統可以根據需要在原有功能基礎上任意增減子系統的數目，每個子系統內部可以任意增減通道的數目方便用戶后期對系統改造擴展。

1.2 系統構成

關鍵機泵在線監測診斷系統由傳感器、防爆接線箱、安全隔離柵、現場服務器、機柜、路由器和客戶端軟件等組成。現場傳感器將采集到的信號由本安電纜傳輸至控制室安全柵接線箱內進行信號安全隔離，經數據采集器進行信號處理、數據采集。數據采集器再通過網絡將處理好的數據傳輸到服務器，進行數據的處理、分析與存儲。安全柵、數據采集器和服務器統一安裝在在線監測系統機柜中。操作人員可以在現場數據監測站觀察設備各測點的振動總值和振動趨勢，根據設備狀態采取相應維保措施，避免設備出現嚴重故障；狀態監測工程師負責對設備進行遠程故障診斷，協助現場人員解決設備運行過程中遇到的問題。其他用戶也可以通過客戶端軟件瀏覽相關數據。

1.3 系統功能

（1）實時監測與分析：①系統可實時監測機組測點的振動值，實現數據的精準采集與顯示；②可實現振動數據的歷史趨勢存儲和查詢；③實時顯示測點的波形頻譜圖；④提供相關趨勢分析功能；⑤可自定義測點特征值及其單位。

圖1 關鍵機泵在線監測診斷系統圖

（2）報警和預警功能。系統對監測點報警值設定分高值、高高值報警，當數值超過高值報警時，數值顯示顏色會變為黃色，以提醒現場人員注意。同樣，當數值超過高高值報警時，數值顯示顏色會轉變為紅色。顯示數值實時更新，并可通過歷史趨勢查詢來顯示報警時間前后的趨勢圖。

（3）故障診斷功能。當系統測點出現報警顯示時，可對該測點進行各頻值比較或與不同測點同一頻值進行比較，對報警進行專家診斷，得出診斷結論。

系統對設備軸承故障、齒輪故障、對中不良、不平衡、電氣故障、機械松動等常見故障起到有效的監測及預警作用。

（4）在線報告報表。可自動生成監測診斷報告、機泵月報表、廠級報表和振動參數報表。

2 系統的現場應用

2.1 系統監測點布置

以現場使用的海水提升泵機組為例，機組結構為立式離心泵：一臺電機通過聯軸器帶動一臺單級離心泵。機組結構示意圖如圖2所示。

根據機組常見的故障，系統對每臺機組的電機非驅動端、電機驅動端、泵驅動端軸承座水平方向振動速度和加速度值進行監測，即在上圖中對應的MOH、MIH、PIH、POH處 安裝振動傳感器，其中，泵端PIH、POH兩個測點需對軸承溫度進行測量，所以，泵端2個傳感器選用溫度振動一體的傳感器。每臺設備共計4個傳感器。

圖2 海水提升泵監測點布置圖

2.2 系統現場施工安裝

（1）傳感器的安裝。為保證在安裝傳感器時設備不停機，傳感器安裝方式采用底座膠粘固定方式。測點安裝位置盡量靠近設備軸承，將選好的位置處進行打磨，以便于黏結牢固；傳感器與底座采用轉接螺絲固定方式連接。

（2）傳感器信號線敷設。在機組撬塊邊緣安裝防爆接線箱，將穿好金屬護線軟管的傳感器信號線沿著走線槽一直敷設到防爆接線箱內，防爆箱內部安裝專用儀表接線端子進行傳感器延長電纜與主電纜信號對接。

（3）多芯信號電纜的敷設和接線。傳感器信號接入防爆接線箱后，轉成1根多芯電纜接出，多芯信號電纜沿橋架敷設到設備間機柜，將所有傳感器信號接入機柜中安全柵及數采器內，數采器將所采集的數據通過路由器，傳輸給服務器進行存儲和數據遠傳。

（4）體統調試。系統安裝完成后，對系統進行調試，檢查系統測量信號機信號通道的準確性。

3 系統運行情況

系統完成調試上線后，平臺將該系統實時監測的數據與之前使用的離線振動分析儀所測數據進行實時對比，二者數據相差無幾，基于現場長時間使用離線振動分析儀來對設備進行預防性維護監測，故可認為關鍵機泵在線監測診斷系統運行可靠，具備長時間在線、穩定監測現場關鍵機泵運行狀態的能力。

圖3為某臺海水提升泵正常運行時各測點加速度歷史振動趨勢圖，歷史轉速趨勢圖，及選中的PIH測點的加速度波形圖及加速度頻譜圖。根據需要，現場及遠程診斷工程師可隨時查看任意測點的歷史速度及加速度振動趨勢圖及頻譜圖，了解設備運行狀況；如有異常振動，超過系統設定的報警值，遠程診斷工程師可根據趨勢圖及頻譜圖的實際情況進行分析，預測故障發生部位及故障原因，現場人員也可根據相關趨勢分析和專家診斷意見對設備的失效時間進行預測，并提前制定好維修維保計劃。

圖3 設備正常運行時加速度圖譜

4 結語

關鍵機泵在線監測診斷系統具有良好的穩定性和可靠性。其網絡化、模塊化的特點維護簡單，網絡通訊方便，而且其可擴展性又便于用戶后期對系統進行擴展，大大降低了未來項目改造過程中的成本。

在關鍵機泵上安裝振動在線監測診斷系統，現場人員實現了對關鍵機泵設備振動的實時監測、歷史趨勢查詢和振動頻譜分析，便于現場人員對關鍵機泵設備的突發故障進行預測，并可在遠程狀態監測工程師的協助下，共同完成對關鍵機泵的高振診斷，達到了全面精準掌握設備運行狀況的目標。現場人員可根據設備運行狀況，提前制定好維修維保計劃，這不僅減少了設備故障的停機次數，避免了非計劃性關停，降低了維修費用，更實現了設備維修方式由傳統的故障后維修預防性維修向預測性維修轉變，顯著提高了現場設備的管理水平。