設備狀態監測系統在海上采油平臺的應用研究

劉文山

（中海石油中國（有限公司）崖城作業公司，廣東 深圳 518067）

油氣田具有連續不間斷生產的特性,對設備的可靠性、安全性要求高。旋轉設備包括燃氣輪機、壓縮機、風機、發電機等，在石油行業中應用廣泛，在設備生命周期內，要求大型機組設備不出現或盡量少出現故障，大型機組設備一旦發生故障，輕則使設備功能受影響，造成產量降低，造成，重則會導致嚴重的安全事故。為保障這些設備安全平穩運行，采用監測系統對其實時監控，監測大型旋轉設備運行狀態參數。

1 設備狀態監測系統

設備有正常狀態、異常狀態和故障狀態，運用振動信號分析技術、溫度分析技術、油液分析技術和聲發射分析技術等不同的機械故障診斷方法，對設備進行評估、分析其運行狀態。采用振動信號分析技術的轉子振動監測是機組狀態監測的重要手段。旋轉機械故障診斷與預測方法及其應用研究。

1.1 透平機組監測系統

海上平臺使用的機組使用美國本特利內華達公司生產的3300監測系統，由探頭、同軸電纜、前置放大器、監測器、上位機和軟件組成。監測器的電源模塊為檢測系統提供穩定電源，探頭探測設備狀態參數，前置器為探頭提供穩定的電流，將傳感器采集的信息進行轉換、放大探頭的信號；振動輸入監測器接受探頭的輸入信號，進行測量值與設定點比較，將信息進行處理，送到控制系統及上位機，給出報警信號或停車信號；監視器的指示燈，指示制定測試點與基準點直流電壓是否正常。通過上位機連接監視器，維修人員對各種模塊進行編程、組態與程序下裝，進行數據采集、監控，對振動、位移等實時測量，直觀地反映出機組運行情況，通過報警設置和聯鎖設定，在第一時間提供機組的故障信息及采取保護動作，保障人機安全。

1.2 監測系統應用

通過狀態監測系統，認真分析所采集的數據, 對數據進行分析，做出測試報告，了解機組的運行狀態，對異常現象判斷故障真偽，判斷透平機組運轉是否正常，全面準確地掌握設備運行狀態，對故障解決提供依據，做出維修決策，提前制定維護計劃，減少故障停機，降低維修費，在機組管理上發揮了重要作用。

2 透平機組典型故障

透平機組設備在運行時，會突發故障，造成停機，造成及維修成本高等問題，嚴重的會導致重大的事故。典型故障有以下幾個。

2.1 軸承磨損

南山2號主透平發電機兩端經常有高振動報警出現，12月對由于發電機進行年檢發現軸承磨損、內表面損傷。機組長時間運行，因軸承磨損造成轉子平衡精度下降導致中心線變化加劇軸承磨損，振動值不斷加大；轉子與軸承材質不同受熱變形不同，會導致摩擦，造成振動，最終造成高振動停機。

2.2 齒輪箱事故

因齒輪加工精度、質量缺陷、聯軸器不平衡或者潤滑油不合格等多種因素會造成齒輪剝落、點蝕和磨損，造成齒輪牙齒的沖擊，導致磨損加劇，造成齒輪折斷或者軸承損壞。在齒輪負載增大、磨損增加時，會引起潤滑油溫度明顯變化及振動值增大，如不能及時發現問題造成齒輪箱事故。2018年濕氣壓縮機停機后，進行盤車時發生高振動停機，檢查發現啟動馬達與齒輪箱脫離，拆除啟動馬達后發現齒輪箱內軸承滾珠脫落，造成齒輪箱事故，導致機組無法使用。

2.3 儀表故障

在透平機組中有PLC控制系統、監測系統及防喘振控制器。要保證機組正常運行，需確PLC控制系統、監測系統及防喘振控制器都運行正常，但其內部也十分復雜，任何其中的一個部分發生故障，傳感器、卡件、通訊若出現故障問題，就不能正常發揮檢測、控制、反饋的作用，最終導致機組報警、停機。根本原因主要在于探頭安裝不規范、調試及校驗不準確、卡件不匹配等。常見的故障主要有傳感器輸出信號不正常，與正常的數值存在較大偏差，或者數值波動較大；卡件發生故障、通訊中斷。

3 預防機組故障的策略

3.1 強化專業知識培訓提升維保質量

對透平機組維護人員加強專業技術培訓，研究機組技術資料，提高人員技術水平，提升維保質量。儀表失靈導致機組各類故中的概率較大，生產工藝波動、流程調整等因素而產生的故障也常有發生，現場干擾因素也會產生虛假的檢測信號。探頭安裝是否規范，不同探頭都有自身的特點，對定位、間隙等參數都有明確要求，如果對傳感器及其檢測系統的原理及注意事項不清楚，會導致安裝不規范、安裝質量差，導致故障偶爾出現，造成現場查找原因困難。探頭校驗是否準確，不同探頭大致一樣但有些差別，如全部按照相同的-10V，校驗，會導致探頭零點電壓與組態零點電壓不一致，造成零位不準、測量偏差大，造成系統誤判。前置器對工作環境要求高，環境振動、海上環境惡劣，溫度變化大、濕度大、鹽分高，造成控制箱內的前置器故障。電纜和接頭的破損或短路，在機組運行現場環境存在振動、油污，接線端子松動、接線不良，在使用、維修過程中造成電纜破皮、屏蔽線接地，油污進入探頭、電纜接頭造成導體短路，監測系統對該回路測量信號狀態異常的顯示。儀表失靈導致機組各類故中的概率較大，生產工藝波動、流程調整等因素而產生的故障也常有發生，現場干擾因素也會產生虛假的檢測信號。通過專業學習熟悉規范及掌握儀表工作原理，對不同的儀表采取相應的維保檢測手段，提高檢測的可靠性及準確性。維修人員根據控制系統、儀表、生產流程等多方面情況綜合分析，判斷機組故障。

3.2 提升故障分析判定水平

機組運行出現狀態參數異常，需要進行停機立即處理，還是采取臨時措施減少危害，保持繼續運行、擇機處理。對故障的不同處理方式前，必須對異常數據分析，維修人員需根據控制系統、儀表、生產流程等多方面情況綜合分析。對相關、互聯的參數進行分析，軸位移的變化同時常常會伴隨軸承溫度、軸振動的增高變化作為參考依據。對設備同一軸承的運行參數（溫度、振動等）進行比較，運行參數是否在合理的范圍內，同一軸系的振動參數是否也隨之改變，另一端的軸振動參數是否變化；了解工藝參數、流程是否變化，機組現場檢查是否有異象；進行振動頻譜分析，通過典型故障頻譜，對異常數據進行分析，發現故障，對下一步的維修計劃制定提供可靠依據。

4 結語

設備的運行狀態關系到油氣田的安全生產，開展設備狀態監測和故障診斷是保證現場設備安全平穩運行的基礎，通過對各種狀態參數連續監測，進行行狀況數據分析，及時診斷潛在故障，為設備預防性維護提供依據。狀態監測只是一種技術手段，為保障現場安全生產，降低設備故障率，要不斷加強專業知識培訓學習，提升技能，優化現有監測系統，提高設備維護質量。