設備健康管理技術在燃氣透平壓縮機上的應用

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設備健康管理技術在燃氣透平壓縮機上的應用

1 燃氣透平壓縮機在珠海高欄終端的應用

珠海高欄終端是目前國內最大的天然氣處理終端，設計分為幾個階段：一期一階段，外輸干氣的處理量為80億方/a；一期二階段，外輸干氣的處理量為120億方/a。初期投產處理量只有36億方/a。離心壓縮機都有一個穩定運行的工況范圍[2]，此項目壓縮機在選型上除了考慮效率高、工況范圍覆蓋廣和成本低等幾個因素，還應滿足設計規模下兼容最小氣量的要求。根據生產工況，在對比了各個廠家的方案并對其經濟性論證后，高欄終端選用了索拉公司的Titan250新型燃氣透平壓縮機[3]。

2 EHM技術

EHM技術主要是對設備運行狀態和運行趨勢的監控，幫助用戶提高設備操作的安全性和可靠性，降低設備使用生命周期內的維護和操作費用。EHM技術包含3個組成部分：信息管理、遠程監控和診斷(Remote Monitoring and Diagnostic，RM&D)以及現場評估。

EHM技術是通過網絡連接建立現場設備機組與遠端監控中心的數據采集、傳輸、過濾和處理，并根據處理結果進行預警、故障排除和安排維修等。Titan 250壓縮機組實現此功能主要依靠InSight 連接技術：從用戶機組PLC上讀取的數據經過一個雙重加密的專用格式和M2B專用網絡傳輸至遠端數據處理中心，并記錄運行參數、識別主要偏差、進行各種數據分析和故障檢測。數據傳輸示意圖如圖1所示。

圖1 InSight Connect數據傳輸示意圖

2.1 InSight連接技術

InSight是為了實現對用戶進行規范數據采集和傳輸，并允許對燃氣透平壓縮機組關鍵信息進行安全訪問、診斷和分析的一種連接方式。InSight系統工具顯示的是只讀數據，不允許對PLC設定值更改或對現場燃氣透平壓縮機進行控制。所有傳輸的數據信息都會進行保護，并簽訂安全合同和保密協議。

InSight 連接、傳輸技術對EHM技術的實施具有決定性作用，其應具備以下特點：1)具有一個安全、規范的網絡連接，以確保數據傳輸渠道的安全、可靠；2)對用戶網絡資源的影響較小；3)能夠遠程監控、診斷和故障處理；4)將數據傳輸至遠端處理中心，通過軟件自動對數據進行處理；5)可以遠程、實時查看和下載歷史數據、分析報告。

2.2 遠程監控和診斷

RM&D是EHM系統重要構成部分，其包含監測和診斷。TT4000顯示和監測系統可以對機組實時運行數據進行監測和查看。用戶通過網絡可遠程查看只讀模式下TT4000顯示的監測數據，也可查看每個監測點的歷史曲線或下載重要事件的詳細日志。RM&D系統的診斷功能可以自動對監控中心數據庫利用數據簡化技術、統計工具和算式方程等方法處理分析，對需要評估的事項給出科學的診斷結果。

Titan 250壓縮機組監控參數主要包括燃氣透平燃氣渦輪和動力渦輪的轉速、天然氣流量和壓力、燃氣流量和壓力、滑油溫度和壓力、燃氣透平和壓縮機的振動、壓氣機入口溫度和壓力、排氣溫度、排放物氮氧化物含量和壓縮機主次密封排放壓力等。

監控參數通過InSight系統工具從用戶PLC上采集，暫時儲存在本地InSight接口模塊，經InSight網關轉換后由雙重加密的公共安全網絡將數據傳輸到集中數據庫，由分析人員進行EHM技術分析。在分析過程中，利用智能分析軟件自動將實時接收的數據與燃氣透平壓縮機正常運行工況下的期望值進行對比并結合多個參數信息，提供更可靠的監控能力。不論是正常工況下的偏差或由計算軟件觸發的報警都會及時提醒，分析人員會對監測到的異常情況進行診斷，并根據診斷報告與現場人員進行溝通，診斷報告涵蓋了監測到的異常情況、可能故障的描述以及排除方法或推薦的維修方案。現場人員根據提供的解決方案實施后，遠端監控中心會根據接收到新的數據判斷出故障是否被排除。若故障仍存在，監控中心將重新給出解決方案或安排工程師到現場檢查處理。

3 EHM技術應用案例

將EHM技術應用到燃氣透平壓縮機上，能夠遠程監測壓縮機組的運行狀況和運行趨勢。通過運行數據分析，對設備健康狀況給出科學的評估。以下幾個案例說明 EHM在遠端對機組進行監控和診斷，對故障識別有超前預警作用[4]。

1)案例1。2014年4月，當系統監測到壓縮機B機組投產后，排氣室附近的可燃氣體探頭檢測濃度持續偏高。壓縮機B機撬內可燃氣濃度變化曲線如圖2所示。

圖2 壓縮機B機撬內可燃氣濃度變化曲線

原因分析：懷疑燃燒室右側部分燃料管線有輕微泄露；懷疑該探頭零位漂移。

現場檢查處理：檢查了機撬內所有燃料氣管線接頭，未發現任何接頭有松動；重新標定了該氣體探頭，標定后檢測數據恢復正常。

結論：機組長期放置后，探頭零位漂移。在故障出現的初期就得以檢查處理，避免了可燃氣探頭漂移造成機組的非計劃停機。

2)案例2。2014年4月，InSight系統監測到壓縮機B機組投產后,3號軸承X向在機組備用時振動數據偏高。壓縮機B機3號軸承X方向振動變化曲線如圖3所示。

圖3 壓縮機B機3號軸承X方向振動變化曲線

原因分析：懷疑該振動探頭或線纜受到干擾。

現場檢查處理：檢查了控制盤內對應的振動卡件，附近未發現干擾源；將線纜改接到振動探頭內的備用通道，之后振動值回到可接受的范圍。

結論：振動探頭內正在使用的通道存在干擾現象。在故障出現的初期就得以檢查處理，提高了機組運行數據的準確性，保證了機組的正常運行。

3)案例3。2014年6月，InSight系統監測到壓縮機B機組起動后壓縮機防喘閥閥位反饋偏差過大，并觸發預設報警點。壓縮機B機防喘閥位置偏差曲線如圖4所示。

圖4 壓縮機B機防喘閥位置偏差曲線

原因分析：懷疑閥體內出現異物造成閥位反饋異常；懷疑定位器工作不正常現場檢查處理：對定位器重新進行了標定，標定后閥位反饋恢復正常。

結論：防喘閥定位器零點漂移造成讀數異常。在故障出現的初期就得以檢查處理，避免了機組在后續運行中出現非計劃停機。

4)案例4。2014年6月底，InSight系統監測到壓縮機A機組起動后密封氣過濾器壓差比之前的數據大幅增加。壓縮機A機密封氣過濾器壓差變化曲線如圖5所示。

圖5 壓縮機A機密封氣過濾器壓差變化曲線

原因分析：本次起動之前并未對該過濾器的壓差變送器進行任何維護工作，壓差變送器低壓側引壓管異物阻塞的可能性較低；該壓差壓力變送器有可能需要重新標定；懷疑密封氣加載的瞬間過量異物造成過濾器壓差增加。

現場檢查處理：檢查了密封氣過濾器，發現濾芯污染嚴重。

結論：密封氣加載的瞬間管路內過量異物造成過濾器壓差快速增加。在故障出現的初期就得以檢查處理，避免了過低的密封氣壓力供給造成機組的非計劃停機。

5)案例5。2014年12月底，InSight系統監測到壓縮機A機組排氣端一次密封泄漏量快速上升并觸發報警值。壓縮機A機排氣端一次密封泄漏量變化曲線如圖6所示。

圖6 壓縮機A機排氣端一次密封泄漏量變化曲線

原因分析：檢查了同一時間段壓縮機軸承的振動數據，無異常，排除密封失效的可能性；確認了放空管線內無異物，確認泄露量升高為真實值；與此參數相關的其他參數也同時有所升高，確認該壓力變送器工作正常；懷疑密封氣和隔離氣內含有雜質，造成密封面泄露現場檢查處理：檢查了密封氣和隔離氣過濾器，發現濾芯污染嚴重；重新用酒精沖洗了密封氣密封和隔離氣密封，重新起機后泄漏量恢復正常。

結論：過濾器過臟，造成異物通過濾芯， 進入到密封面，造成泄漏量快速增加。在故障出現的初期就得以檢查處理，避免了泄漏量持續升高造成機組的非計劃停機，或造成密封面的永久性損壞。

4 結語

EHM技術在燃氣透平壓縮機上的應用所帶來的優勢很明顯，未來會有在航空發動機、燃氣透平壓縮機等大型機組使用該技術[5]。

伴隨網絡技術的發展，EHM技術將和大數據和云計算結合起來，從而不斷提升分析能力，更早、更快地發現更多故障征兆，并進行預警。EHM技術的發展使被監控的機組設備具有更強的可用性和可靠性，同時也能更大地延長設備的使用壽命。

[1] 李春生, 張磊, 張雷.飛機健康實時監控技術現狀[J].中國民用航空, 2013,16(10): 66-67.

[2] 王雙全.離心壓縮機選型對使用效率的影響[J].風機技術,1999,12(3):45-46.

[3] 章向榮,高鵬. 荔灣3-1燃氣透平壓縮機的選型及維修方案研究[J].機電設備,2014,13(2):44-46.

[4] 吉寧; 王磊; 孫雪瓊. 超大型管式段塞流捕集器的設計與應用 [J].新技術新工藝, 2016(2): 55-60.

[5] 周利敏, 閆國華, 瞿紅春.一種云環境下的發動機健康管理系統及其應用[J].計算機測量與控制, 2014,10(12): 3926-3928.

責任編輯 馬彤

吉 寧1，王景貴2，李保收1，石占慧1

(1.中海石油深海開發有限公司，廣東 深圳 518067；2.中海石油深圳分公司，廣東 深圳 518067)

設備健康管理技術的核心是利用InSight 連接技術，建立M2B專用安全網絡，將用戶本地PLC中采集的運行數據實時傳輸至數據服務器，通過后臺程序對燃氣透平壓縮機組運行數據進行遠程實時監控和診斷。利用處理過的運行數據進行分析，發現瞬態數據中的異常，提前進行故障預警。根據預警信息，商議解決方案，及時進行故障排除或提前安排維護計劃。設備健康管理技術的應用提高了設備的可用性和可靠性，減少了售后服務工程師現場服務的次數，延長了設備大修的周期，極大地降低了運行成本。

設備監控管理技術；燃氣透平壓縮機；可用性；可靠性

Health Equipment Management Technology Application in the Gas Turbine Compressor

JI Ning1，WANG Jinggui2，LI Baoshou1，DAN Zhanhui1

(1.CNOOC Deepwater Development Limited, Shenzhen 518067， China；2.CNOOC Shenzhen Branch, Shenzhen 518067， China)

Equipment health management system is the "InSight Connect" technology, which establishes a private M2B supporting network. Using this supporting network, all the real-time running data retrieved from PLC is uploaded to InSight server, and analyzed by proprietary arithmetics. By analyzing the real-time running data, the operating parameters or equipment health are identified at earlier basis, and notifications are sent to all related parties. Based on the notifications, preventive maintenance plans can be scheduled ahead of time, maintain the health of equipment as well as minimizing the impact to plant production. The application of equipment health management technology will significantly reduce the operation cost by improving the overall availability and reliability of the equipment, reduce the FSR’s on-site service time and extending equipment overhaul cycle.

equipment health management， gas turbine compressor， availability， reliability

吉寧(1984-)，男，工程師，主要從事海洋油氣田開發等方面的研究。

2016-05-13

TH 45

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