無線振動監(jiān)測器在注水泵的應(yīng)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(yè)區(qū)，陜西吳起717612）

無線振動監(jiān)測器在注水泵的應(yīng)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(yè)區(qū)，陜西吳起717612）

振動監(jiān)測系統(tǒng)的工作原理、組成、功能。運用現(xiàn)代故障診斷技術(shù)和系統(tǒng)集成技術(shù)，對設(shè)備運行過程實時在線監(jiān)測，實現(xiàn)設(shè)備隱患的早期診斷。重點介紹了該系統(tǒng)在生產(chǎn)中的應(yīng)用實例，以及系統(tǒng)的使用效果。

振動監(jiān)測；軟件；注水泵

0 引言

長慶油田大量使用注水泵等旋轉(zhuǎn)機械設(shè)備，這些設(shè)備在旋轉(zhuǎn)時具有很大的能量。若機械旋轉(zhuǎn)部分產(chǎn)生摩擦或者軸承、軸徑向振動過大，機器出現(xiàn)故障，能量得不到控制，就會導(dǎo)致機械的損壞，甚至影響到周圍人身、設(shè)備的安全。為了保障設(shè)備的安全、平穩(wěn)運行就要做到“預(yù)知性維修”，即在掌握了設(shè)備的動態(tài)信息之后，在人為干預(yù)之下，分析診斷設(shè)備運行中存在的異常、故障，確定設(shè)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(shù)，實現(xiàn)理性化的設(shè)備管理。如何實現(xiàn)設(shè)備“預(yù)知性維修”，這需要建立一個完善的科學(xué)管理體系，利用現(xiàn)代科學(xué)的監(jiān)測儀器、系統(tǒng)運行狀態(tài)參數(shù)，認知設(shè)備狀態(tài)。做到設(shè)備靜態(tài)、動態(tài)信息完整化、數(shù)字化，即有據(jù)可依，有數(shù)可查，實現(xiàn)科學(xué)的信息綜合處理。掌握設(shè)備維護的第一手資料，即原始檔案和設(shè)備故障征兆。機械設(shè)備故障通常是以振動信號表現(xiàn)的，只要能夠正確識別設(shè)備的振動信息就可掌握設(shè)備的動態(tài)，把握設(shè)備的維修周期。

1 注水設(shè)備現(xiàn)狀

A聯(lián)合站作為吳420區(qū)塊的注水源頭之一，注水泵運行工況直接關(guān)系到下游各生產(chǎn)單元配注的合格率，站內(nèi)6臺注水泵及電機的高效平穩(wěn)運轉(zhuǎn)重要性是不言而喻的。在目前的注水系統(tǒng)工藝下，吳一聯(lián)站內(nèi)6臺注水泵處于連續(xù)運轉(zhuǎn)狀態(tài)，這也導(dǎo)致了設(shè)備在運行中經(jīng)常會出現(xiàn)某些不可預(yù)料的故障。通過數(shù)字化傳輸數(shù)據(jù)雖然能夠監(jiān)控注水泵運行的流量、壓力，但對機械故障，不能起到預(yù)防作用。員工對設(shè)備故障的預(yù)判基本依靠經(jīng)驗來實現(xiàn)，但發(fā)現(xiàn)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(yè)區(qū)嘗試引入DH5975W型無線振動監(jiān)測系統(tǒng)，通過實時采集振幅、加速度、溫度數(shù)據(jù)來判斷設(shè)備的運行狀況，實現(xiàn)精確預(yù)測故障，避免事故發(fā)生。

2 無線振動監(jiān)測器結(jié)構(gòu)原理與特點

2.1 結(jié)構(gòu)原理（圖1）

圖1 無線振動監(jiān)測系統(tǒng)原理

無線振動監(jiān)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(tài)監(jiān)測器通過對設(shè)備垂直振動、水平振動和溫度的監(jiān)測，準(zhǔn)確判斷旋轉(zhuǎn)機械軸系的不平衡、不對中、部件結(jié)構(gòu)松動等常見故障，實現(xiàn)了對設(shè)備運行狀態(tài)的實時、準(zhǔn)確監(jiān)測。系統(tǒng)經(jīng)過無線網(wǎng)絡(luò)將振動烈度和溫度值傳送至中控室監(jiān)控電腦平臺，即能顯示實時數(shù)據(jù)又能夠顯示歷史變化趨勢和預(yù)設(shè)報警，員工發(fā)現(xiàn)數(shù)據(jù)異常時即使通知站內(nèi)設(shè)備管理人員現(xiàn)場核實情況，通過對數(shù)據(jù)和現(xiàn)場情況的比對，切實起到了及時發(fā)現(xiàn)、及時處理的作用，防止由于電機小故障導(dǎo)致注水泵停運的嚴重后果，確保了注水系統(tǒng)的穩(wěn)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(nèi)，可在設(shè)備旁就近安置DH5975，節(jié)省線纜的費用。每臺DH5975外接4只振動加速度傳感器（內(nèi)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(shù)據(jù)。

（2）瞬態(tài)保護、狀態(tài)確認。當(dāng)傳感器采集數(shù)據(jù)時受到瞬態(tài)干擾，上位機收到數(shù)據(jù)后自動進行狀態(tài)判斷，經(jīng)重新采樣后才認定狀態(tài)，避免誤報警。

（3）自學(xué)習(xí)報警。上位機發(fā)送自學(xué)習(xí)指令，DH5975的相應(yīng)傳感器在一段時間內(nèi)采集若干組數(shù)據(jù)（默認每25 min采集一組數(shù)據(jù)，共10組），經(jīng)過數(shù)值計算后，得到基準(zhǔn)值，根據(jù)設(shè)定的報警規(guī)則，自動設(shè)置兩級報警閥值。

（4）休眠模式。DH5977在大部分時間內(nèi)都處于休眠模式，以節(jié)省電量，只有當(dāng)上位機給其發(fā)送采數(shù)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(jù)振動速度值切換監(jiān)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(shù)據(jù)、狀態(tài)判斷與確認、觸發(fā)警報、自學(xué)習(xí)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(tǒng)，單獨使用。軟件操作簡單，具有設(shè)備分布圖、設(shè)備監(jiān)測圖、測點趨勢圖，方便一線人員觀測和操作。

3 應(yīng)用效果及經(jīng)濟效益分析

2014年7月作業(yè)區(qū)引入DH5975型無線振動監(jiān)測系統(tǒng)，安裝于A聯(lián)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(jiān)測。

3.1 應(yīng)用效果分析

（1）A聯(lián)合站注水泵及電機監(jiān)測數(shù)據(jù)見圖2，根據(jù)ISO 2372設(shè)備振動國際標(biāo)準(zhǔn)及無線振動監(jiān)測器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)可以看出兩臺注水泵及電機的振動均在可接受范圍內(nèi)。

圖2 A聯(lián)合站2#～6#振動監(jiān)測數(shù)據(jù)

（2）5臺注水泵監(jiān)測數(shù)據(jù)波形圖。通過垂直方向振動波形圖（圖3）可以看出，設(shè)備在一段時間內(nèi)運行平穩(wěn)且在允許振動范圍內(nèi)。通過水平方向振動波形圖（圖4）可以看出，設(shè)備在一段時間內(nèi)運行平穩(wěn)且在允許振動范圍內(nèi)。通過設(shè)備運行溫度波形圖（圖5）可以看出，設(shè)備溫度在一段時間內(nèi)在允許范圍內(nèi)。

圖3 垂直方向振動波形圖

（3）DH5975無線狀態(tài)監(jiān)測器的電池的內(nèi)部為灌膠設(shè)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(dāng)（安裝面為曲面）掉下的情況發(fā)生。鑒于此，目前正在做硬件設(shè)備升級，將原型號的設(shè)備升級為DH5977W-A型，針對存在問題進行以下改進。

（1）現(xiàn)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(jiān)測設(shè)備振動和溫度狀態(tài)。

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

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

3.2 經(jīng)濟效益分析

（1）2014年6月，發(fā)現(xiàn)6#注水泵電機水平振動、垂直振動數(shù)據(jù)超出范圍，隨即檢修電機，發(fā)現(xiàn)軸承磨損（圖6），在更換兩盤電機軸承后設(shè)備平穩(wěn)運行。如果沒有提早發(fā)現(xiàn)故障將導(dǎo)致電機燒毀。經(jīng)濟效益=事后維修費用-預(yù)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(shè)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(fā)現(xiàn)3盤軸承全部出現(xiàn)不同程度磨損（圖7）。如果沒有預(yù)知維修將導(dǎo)致注水泵曲軸拉傷、軸承抱死等故障。經(jīng)濟效益=事后維修費用-預(yù)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(fā)現(xiàn)2#注水泵電機軸承出現(xiàn)腐蝕磨損（圖8），在更換2盤軸承后設(shè)備平穩(wěn)運行。如果沒有提早發(fā)現(xiàn)故障將導(dǎo)致電機燒毀。經(jīng)濟效益=事后維修費用-預(yù)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(fā)現(xiàn)5#注水泵側(cè)軸承軸出現(xiàn)腐蝕磨損（圖9）。如果沒有預(yù)知維修將導(dǎo)致注水泵曲軸拉傷、軸瓦抱死、軸承抱死等故障。經(jīng)濟效益=事后維修費用-預(yù)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(fā)現(xiàn)2#注水泵電機軸腐蝕（圖10）。如果沒有預(yù)知維修將導(dǎo)致注水泵電機軸斷裂、電機燒毀等故障。經(jīng)濟效益=事后維修費用-預(yù)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(jù)上述5起設(shè)備故障及設(shè)備投入費用（單臺注水泵及電機設(shè)備費用2.5萬元）進行經(jīng)濟效益分析，平均監(jiān)測到1.1次設(shè)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(xiàn)象，隱形的保障了原油產(chǎn)量。

3 結(jié)論

無線振動監(jiān)測設(shè)備作為一種有效、科學(xué)的設(shè)備運行監(jiān)測手段，經(jīng)過現(xiàn)場工況的改進，正在逐步適應(yīng)現(xiàn)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(jīng)濟效益非常可觀。

［1］盛兆順，尹琦嶺.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及應(yīng)用［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2003.

〔編輯 凌瑞〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.42