基于紅外熱成像與CNN的壓裂裝備故障精準識別及預警

劉慧舟, 胡瑾秋, 張來斌, 張 彪

(中國石油大學(北京)安全與海洋工程學院,北京 102249)

中國頁巖氣資源豐富,頁巖氣的開采對于調(diào)整能源結(jié)構(gòu),緩解天然氣短缺問題具有重要意義[1-2]。頁巖氣的開采依賴于有效的壓裂作業(yè)[3]。壓裂泵作為壓裂施工過程中最為關(guān)鍵的設備之一,需要承受高壓及循環(huán)載荷作用,因而故障風險高,使用壽命短,長期服役的壓裂泵受到周期性變化的復雜載荷作用,易發(fā)生疲勞失效和斷裂破壞[4-5]。壓裂過程中一旦出現(xiàn)上述現(xiàn)象,相關(guān)單位不得不臨時停產(chǎn)、檢修和更換部件,甚至帶來很多無法估量的經(jīng)濟損失[6-7]。使用振動分析進行壓裂泵的故障識別時存在振動信號采集困難、信號易受波動、需接觸的問題,而紅外熱成像技術(shù)作為一種非接觸監(jiān)測方法能夠很好地彌補這些不足。當前紅外熱成像技術(shù)除軍事應用外,主要應用在電路板及半導體檢測、醫(yī)療、電氣設備故障識別等領域[8]。Ring等[9-11]對紅外熱成像在醫(yī)學領域的應用進行了綜述。呂昂等[12-14]對紅外熱成像在電氣設備、電路板的故障檢測識別方法進行了研究。宓為建等[15-18]針對紅外熱成像技術(shù)在發(fā)動機、變速箱軸承、管道等機械設備和特種設備識別方向進行了研究。在紅外熱成像圖像的增強和處理算法上,韋瑞峰等[19]基于直方圖進行細節(jié)增強,于飛等[20]提出了一種利用Hough變換實現(xiàn)非制冷紅外熱成像系統(tǒng)的圖像增強方法,而謝靜等[21]利用紅外熱像技術(shù)結(jié)合形態(tài)學方法對工件表面缺陷進行檢測。……