海上中心平臺機泵遠程云診斷系統(tǒng)的應用與實踐

關春輝，金健民，馬 越，初恒魁，陳安坤，王磊恒

（中國石化勝利油田分公司海洋采油廠，山東東營 257237）

0 引言

機泵類設備是海上中心平臺使用最為廣泛和重要的設備，擔負著注水和原油外輸、采出水回收等工作，隨著生產(chǎn)質量的不斷提高，對設備運行的可靠性和生產(chǎn)效率提出了更高的要求。為此，勝利油田海洋采油廠在中心二號平臺注水泵、外輸泵機組上配置了振動在線監(jiān)測和遠程診斷系統(tǒng)，將現(xiàn)場機組診斷數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)竭h程診斷云服務器，提供相應設備健康狀態(tài)的診斷報告和運行建議。

1 遠程云診斷系統(tǒng)

1.1 概述

遠程云診斷系統(tǒng)能夠在線連續(xù)監(jiān)測旋轉機械運行過程中的振動及各種工藝參數(shù)，自動存儲振動波形、溫度等有診斷價值的數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)傳輸，提供多種專業(yè)診斷圖譜和報表。遠程云診斷系統(tǒng)可以為設備管理和診斷人員提供決策分析依據(jù)，可及時識別機組的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，對故障真?zhèn)?、故障部位、故障類型、嚴重程度、發(fā)展趨勢做出準確判斷，從而及早消除故障隱患，避免事故的發(fā)生，提高設備的可靠性，降低維修成本，幫助實現(xiàn)智能化管理。

1.2 系統(tǒng)組成

遠程云診斷系統(tǒng)包含遠程診斷中心、CMSM9B-R（防爆）/CMSM9-S（防水）智能終端、溫度振動一體傳感器3 部分（圖1）。

1.3 系統(tǒng)測點數(shù)量匯總

圖1 系統(tǒng)拓撲

表1 點位配置

根據(jù)中心二號平臺注水泵、外輸泵機組的監(jiān)測要求，配置的系統(tǒng)監(jiān)測通道數(shù)量和智能終端配置數(shù)量確定點位配置。2#外輸泵機組配置8 個監(jiān)控點，2#注水泵機組配置13 個監(jiān)控點。

根據(jù)現(xiàn)場軸承結構選擇不同類型的傳感器，滾動軸承采用加速度振動傳感器，滑動軸承采用速度振動傳感器。在每個滾動軸承座外殼增加1 支徑向傳感器，在每個滑動軸承座外殼新增加2 支徑向傳感器。所有新增速度振動傳感器和溫度傳感器組合在一起（組合傳感器），定子繞組溫度傳感器使用現(xiàn)場注水泵預留接口。

2 遠程診斷實施

2.1 診斷服務器具有的功能

（1）數(shù)據(jù)通信功能。實現(xiàn)與智能終端間的數(shù)據(jù)交換，從智能終端獲取實時數(shù)據(jù)、歷史數(shù)據(jù)。其中，實時數(shù)據(jù)根據(jù)客戶端請求進行即時分發(fā)，其目的是最大程度降低網(wǎng)絡傳輸?shù)呢摀瑥亩_到網(wǎng)絡資源的有效利用，而歷史數(shù)據(jù)直接寫入數(shù)據(jù)庫。

（2）實時監(jiān)測功能。任意一臺有上網(wǎng)功能且具有訪問權限的電腦，可通過瀏覽器實時查看運行信息及設備狀態(tài)；具有訪問權限的手機APP 可實時查看運行信息；預留報警接收短信的用戶設備工程師或診斷工程師可實時接收報警信息。

（3）數(shù)據(jù)的長期存儲與管理。大型SQL 關系型數(shù)據(jù)庫，完成機組運行數(shù)據(jù)存儲和管理；冗余熱備份，保障數(shù)據(jù)存儲安全。

（4）系統(tǒng)管理與設置。①系統(tǒng)管理，可以管理多個智能終端，并保證通訊不會發(fā)生阻塞現(xiàn)象；②系統(tǒng)升級，整個系統(tǒng)的同步升級；③智能終端設置，可以對下屬各智能終端進行設置，包括各分站名稱、IP 地址設置，機組及測點名稱、振動、工藝量的設置，報警門限設置等，同時把設置信息下傳到各分站；④用戶及其級別設置等，可以設置瀏覽用戶，一般用戶，管理員用戶等級別，不同級別用戶，需不同的授權密碼，才能進行相關的數(shù)據(jù)瀏覽、系統(tǒng)設置與維護，使得WEB 訪問具有密碼保護。

（5）專業(yè)分析圖譜和診斷功能。系統(tǒng)提供的圖譜分析、報表、診斷助手及數(shù)據(jù)傳輸功能（表2）。

表2 診斷功能

2.2 智能終端

CMSM9 智能終端采用模塊化架構，以滿足各種不同組合的應用需求，主要功能：信號的調理、采集、變送；智能監(jiān)測振動、電流、溫度等各種數(shù)據(jù)，通過網(wǎng)絡傳輸至云服務器（表3）。

3 應用

2019 年11 月在中心二號平臺2#外輸泵機組、2#注水泵機組分別安裝遠程云診斷系統(tǒng)，可以通過網(wǎng)頁、手機APP 實時監(jiān)控機組運行情況。

表3 智能功能

3.1 2#注水泵監(jiān)控項點

包括監(jiān)控電機定子繞組溫度、電機非軸伸端垂直振動及溫度、電機非軸伸端水平振動及溫度、電機軸伸端垂直振動及溫度、電機軸伸端水平振動及溫度、泵軸伸端振動及溫度、泵非軸伸端振動及溫度、泵軸伸端及非軸伸端振動包絡值等15 個運行參數(shù)（圖2）。

圖2 2#注水泵機組監(jiān)控頁面及頻譜

3.2 2#外輸泵監(jiān)控監(jiān)控項點

包括電機非軸伸端垂直振動及溫度、電機非軸伸端水平振動及溫度、電機軸伸端垂直振動及溫度、電機軸伸端水平振動及溫度、泵軸伸端振動及溫度、泵非軸伸端振動及溫度、泵軸伸端及非軸伸端振動包絡值等13 個運行參數(shù)（圖3）。

圖3 2#外輸泵機組監(jiān)控頁面及頻譜

3.3 監(jiān)測分析

通過不同的圖形可以準確定位機組振動產(chǎn)生的部位和原因，可以及時做出檢維修方案，提高機組運行效率。

（1）波形頻譜圖分析。2019 年12 月25 日14 時24 分，通過波形頻譜圖觀看2#外輸泵軸伸端振動情況，振動數(shù)值在1.96～1.02 mm/s 之間波動，通過波形頻譜分析可以精準地確定振動值主要來自于葉片運行產(chǎn)生的頻率，幅值很小，機組運行正常（圖4）。

（2）趨勢圖。2019 年12 月25 日15 時03 分，通過趨勢圖觀看2#注水泵機組電機與泵的振動發(fā)現(xiàn)，電機端的振動相對波動較大，可加密觀察（圖5）。

4 結論

系統(tǒng)運行后，減少了故障率，做到了精確診斷、精準維修，提高設備本質安全。

（1）降低設備故障率、延長生產(chǎn)運行時間。通過實際的對比，故障發(fā)生后設備維修的時間要遠長于故障未發(fā)生前的預維修時間。通過診斷模型對采集的數(shù)據(jù)信息實時診斷分析，提早發(fā)現(xiàn)問題，對可能發(fā)生的故障進行預警，提醒技術人員進行及時的保養(yǎng)和維護，從而降低設備的故障發(fā)生率、提高設備運行時率。

圖5 2#注水泵組振動波形

（2）降低故障檢修或者定期維修頻率。為了保障系統(tǒng)運行，常常需要進行定期檢修，目的是及時發(fā)現(xiàn)問題。通過項目實施可實現(xiàn)24 h 的智能監(jiān)測及診斷服務，發(fā)現(xiàn)問題更及時，因此可以較大地降低或者取消人工定期檢修服務，故障檢修和定期維修由按時到按需進行轉變，降低人力和物力的消耗。

（3）顯著提高維修效率。通過此系統(tǒng)的24 h 的實時監(jiān)測和診斷預警，可以預防設備過修、失修問題。另外通過診斷系統(tǒng)的精準模型，可以更精確地確定故障點，確保各類維護保養(yǎng)更有針對性，有效預防過量維修、部件過量更換問題，顯著提高維修的效率和降低維修費用。

（4）綜合分析、優(yōu)化運行。在系統(tǒng)監(jiān)測數(shù)據(jù)基礎上，內外部專家可以進行更深入的統(tǒng)計分析，從而進一步優(yōu)化設備運行參數(shù)，進一步降低故障發(fā)生頻率，優(yōu)化生產(chǎn)管理制度，提高生產(chǎn)運行效率。