振動監(jiān)測技術(shù)在海洋石油生產(chǎn)平臺的應用

張順樂,王慶國

（1.中海石油（中國）有限公司深圳分公司惠州油田作業(yè)區(qū)，廣東 深圳 518000；2.中海油能源發(fā)展裝備技術(shù)有限公司，天津 300000）

1 概述

隨著工業(yè)智能化的發(fā)展，機械設備結(jié)構(gòu)本身越來越復雜，同時伴隨著監(jiān)控系統(tǒng)也越來越完善。相比離線振動監(jiān)測，在線監(jiān)測技術(shù)有時效性好、數(shù)據(jù)響應快速等優(yōu)點。首先在線監(jiān)測技術(shù)能使設備故障得到及時的響應，故障診斷人員通過實時監(jiān)測數(shù)據(jù)及時診斷設備故障，第一時間將設備故障情況反饋給現(xiàn)場，提前預測故障并指導現(xiàn)場維修；其次，當設備未發(fā)生故障時，比如設備出現(xiàn)潤滑不良，工藝波動等，通過在線監(jiān)測數(shù)據(jù)，可以及時指導現(xiàn)場進行必要的維護措施，避免設備欠維護或過渡維護、維修；在線監(jiān)測技術(shù)可以掌握設備長期或一個歷史時期數(shù)據(jù)，相對掌握設備的狀態(tài)優(yōu)劣，改進設備的管理方式。所以在海洋石油生產(chǎn)平臺關(guān)鍵設備（比如：原油外輸泵，注水泵，透平發(fā)電機組，往復壓縮機組）上，在線振動監(jiān)測技術(shù)有他獨特的優(yōu)勢得到廣泛應用。

但對于一些對生產(chǎn)和安全影響小，檢修比較容易，設備價值低，使用頻次少且有多臺備用機的機組，綜合評估并考慮成本，依然采用定期離線振動監(jiān)測模式，且在海洋石油生產(chǎn)平臺上非關(guān)鍵生產(chǎn)設備上得到了廣泛應用。運用離線振動監(jiān)測系統(tǒng)可以為非關(guān)鍵機組的關(guān)鍵部件的狀態(tài)評估提供可靠依據(jù)，指導此類設備基于評估結(jié)果進行維護和維修。

2 振動監(jiān)測技術(shù)在海洋石油平臺應用現(xiàn)狀

振動監(jiān)測技術(shù)在海洋石油平臺、處理廠已開展了16年時間，對海上石油生產(chǎn)設備預防性維護和維修發(fā)揮了巨大的作用。截至2018 年7 月份，中國海油天津、湛江、上海，深圳分公司下屬各作業(yè)區(qū)所屬平臺的所有動設備均已實施并應用振動監(jiān)測技術(shù)。基于振動監(jiān)測系統(tǒng)的設備狀態(tài)評估維護和維修模式，成為海洋石油生產(chǎn)設備維護和維修的主要數(shù)據(jù)依據(jù)和決策支撐，無論從生產(chǎn)效率和經(jīng)濟效益上都取得較大收益。尤其是海洋石油平臺的部分關(guān)鍵設備（如原油外輸泵、注水泵等），由于平臺遠離陸地，一旦設備發(fā)生損壞，雖然不會對平臺生產(chǎn)等造成明顯影響，但對損壞設備返回陸地維修等工作，無論是經(jīng)濟上還是人員配備上，代價都會比較大。

另外對于一些受工況變化影響比較大的設備，采用在線監(jiān)測只能看到設備振動數(shù)據(jù)，而工況變化后引起的振動變化，現(xiàn)場工況變化的數(shù)據(jù)（溫度、壓力、流量、負荷、電流，泵的效率等）無法獲取，不可能對設備實現(xiàn)有效的監(jiān)測。

3 振動監(jiān)測故障診斷實例

應用動設備振動監(jiān)測技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)提供的振動監(jiān)測數(shù)據(jù)變化，準確判斷機組的故障；并能根據(jù)設備振動幅值和頻譜變化，對機組故障的嚴重程度做出判斷，實現(xiàn)了預防性維修。

3.1 在線監(jiān)測故障診斷案例：

案例1：2015 年1 月份，遼東作業(yè)公司某平臺注水泵運行過程中，該平臺注水泵B 泵電機驅(qū)動端振動加速度總值變高且存在較大的波動現(xiàn)象，該端加速度總值達到110m/S2。電機驅(qū)動端軸承加速度頻譜中主要以電機的工頻和諧波為主，加速度時域波形沖擊較為明顯，包絡頻譜中存在軸承故障頻率；電機的速度總值相對不高，速度頻譜中主要以工頻為主，時域波形存在輕微的削頂現(xiàn)象。建議平臺應謹慎關(guān)注運行，運行時密切關(guān)注電機振動噪聲及溫度變化。電機驅(qū)動端軸承存在一定的磨損，故障有進一步惡化趨勢，平臺根據(jù)運轉(zhuǎn)情況及時檢查，拆檢發(fā)現(xiàn)電機驅(qū)動端軸承保持架磨損嚴重，需要更換。

當時的頻譜圖如下：

更換故障軸承照片：

案例2：2015 年7 月份，渤南作業(yè)公司某平臺外輸泵運行過程中，該平臺外輸泵C 泵非驅(qū)動端（4H）加速度總值持續(xù)呈上升趨勢，加速度總值較之前上升一倍，速度總值沒有變化。加速度頻譜中從低頻到高頻存在大量峰值能量和摩擦噪聲信號，加速度包絡存在353Hz 軸承故障頻率，軸承存在摩擦。建議平臺運行時應謹慎關(guān)注該泵非驅(qū)動端振動和溫度變化，準備好軸承備件，及時對該端軸承進行更換。平臺根據(jù)運轉(zhuǎn)情況及時檢查，泵非驅(qū)動端軸承滾珠磨損嚴重，需要更換。

當時的頻譜圖如下：

3.2 離線監(jiān)測故障診斷案例：

（1）某終端廠熱油循環(huán)泵P-H06C

案例背景：該泵從2006 年以來頻繁更換泵軸承，換上去的軸承平均壽命不到半年。

故障表現(xiàn)：振動速度頻譜中有幅值突出的工頻和多次諧波，在新軸承運轉(zhuǎn)一段時間后就會出現(xiàn)軸承故障頻譜。經(jīng)頻譜結(jié)合相位分析，判斷為軸承與軸承座配合間隙大，更換時部分新軸承游隙偏大。機組運轉(zhuǎn)時聯(lián)軸器對中改變較大，泵撬基礎有松動，有軟地腳現(xiàn)象。在維修時，維修人員測量軸承座發(fā)現(xiàn)，孔、軸配合間隙偏大，安裝軸承時只好用膠水固定軸承外圈，泵輸送的介質(zhì)溫度為150℃，在高溫時，膠水失效，導致軸承跑外圈，由于機組存在基礎松動，泵運轉(zhuǎn)一段時間后，聯(lián)軸器對中就會發(fā)生改變。以上原因?qū)е卤镁S修頻率較高，在清楚故障原因后，終端廠設備管理人員已經(jīng)訂購軸承座，計劃改造泵基礎。以下是故障時典型的頻譜：

（2）某平臺右舷16 噸吊機液壓泵電機軸承故障

案例背景：主液壓泵電機非驅(qū)動端軸承在設備投入運行時我們在監(jiān)測時就發(fā)現(xiàn)有早期軸承故障，但振動總值很低，我們在監(jiān)測報告中建議繼續(xù)使用，在每次監(jiān)測時重點關(guān)注電機軸承故障的發(fā)展情況，設備一直平穩(wěn)運轉(zhuǎn)，在2009 年7 月監(jiān)測時發(fā)現(xiàn)軸承故障因子升高，軸承加速度包絡頻譜中，軸承缺陷頻率幅值升高，加速度波形圖中有小的沖擊波形出現(xiàn)，判斷為軸承故障已經(jīng)發(fā)展，因為這臺吊機是平臺的關(guān)鍵設備，我們建議油田檢查更換，平臺接到我們的現(xiàn)場分析報告后立即組織維修人員進行更換，檢查更換后的軸承，發(fā)現(xiàn)軸承滾道有蝕坑，軸承間隙因磨損間隙偏大，更換后電機運轉(zhuǎn)正常。

下面是故障時的典型頻譜：

4 結(jié)語

從中國海油各分公司下屬作業(yè)區(qū)所屬各個平臺應用振動監(jiān)測技術(shù)以來，我們實現(xiàn)了對平臺動設備進行有效振動監(jiān)測和基于設備狀態(tài)的維護和維修，發(fā)現(xiàn)和預警多次設備故障問題。隨著設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)的發(fā)展，這一技術(shù)將在中海油所屬平臺及其他企業(yè)設備管理與維修中發(fā)揮應有的作用。應用旋轉(zhuǎn)機械離線、在線振動監(jiān)測系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)提供的頻譜變化，準確判斷機組的故障，并能根據(jù)現(xiàn)場傳回的頻譜變化，對機組故障的嚴重程度做出判斷，實現(xiàn)了預防性維修。利用離線、在線監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)可以定時或?qū)崟r監(jiān)測機組的運行狀態(tài)，在某些惡性故障的形成過程中，或者在破壞性故障的初期便采集到信息，及時分析診斷原因和發(fā)展趨勢，避免故障的擴大、避免二次事故的出現(xiàn)，真正做到防患于未然，從而提高機組和生產(chǎn)裝置運行的安全與可靠性。