海上平臺防爆設備在線監測系統設計及應用

中圖分類號：TQ560.72；TP277

文獻標志碼：A 文章編號：1001-5922（2025）10-0226-04

Design and application of online monitoring system for explosion-proof equipment on offshore platform

HU Jianwen1， FENG Chang2 （1.CNOOC（China） Co.，Ltd.，Tianjin Branch，Tianjin 300459，China; 2.Taylor's University，SubangJaya 475OO，Selangor Malaysia）

Abstract：In this paper，anonline monitoring system for explosion-proof equipment is designed anddeveloped for the potential explosion hazard intheproduction areaof offshore platform.Thesystem uses advanced sensing technology and data processing methods to monitor and analyzethe key parameters of the explosion-prof equipment in the gas compressor area inreal time，including surface temperature，current，temperatureand humidity，and vibration.Through the cooperative work of infrared thermal imaging camera，current sensor，temperature and humidity sensorand temperature vibration sensor，combined with wired/wirelessnetwork and field server，thereal-time monitoring and early warning ofkeyexplosion-proof parameters arerealized.The systemis installed inthe gascompressorarea ofthe middledeck of anoffshore platform，and hasbeen verified byapplication.The system can efectively improve the safetyand reliabilityof theequipment，reduce potential safety hazards，optimize maintenance efficiency，and enhance decision support.

Key words：explosion-proof equipment;online monitoring;internet of things

海洋石油平臺的存在為石油的開采、處理及儲存和運輸提供了有效的平臺空間。但海上平臺生產現場的一個重要特點是爆炸性環境居多，一旦發生爆炸危險，會對生命和財產安全帶來不可承受的危害。針對海上平臺生產區域的潛在爆炸危險，開展防爆安全管理，強化風險控制能力，解決企業安全問題，是必須面對和解決的問題，為了能有效地提高海洋石油平臺的安全性，很多的電氣設備需要安裝在安全區域內，并且使用相關的防爆產品[2]。

依靠防爆電氣設備，以此避免海洋石油平臺中產生可燃氣體引發的爆炸危險，這樣不僅能夠將海洋石油平臺的有效作用充分發揮出來，還能確保工作人員的人身安全[3]。與此同時，隨著遠程監控與物聯網技術日趨成熟，在各行各業得到廣泛應用，該技術已成為信息化社會重要的組成部分。在防爆安全領域，物聯網技術的應用目前還鮮有涉足。本文針對某海上平臺，設計開發了一套防爆設備在線監測系統，實現了關鍵防爆參數的監測和預警，不僅能夠實時監測設備運行狀態，還能夠及時發現隱患，保障平臺穩定運行[4]。

1平臺防爆設備關鍵參數分析

在海洋石油工程中，原油以及天然氣的開采、處理、存儲、運輸等作業主要集中在海洋平臺上，其電氣設備分布相對較為集中，再加之受海洋特殊氣候環境的影響，使用電氣設備處于高濃度鹽霧或者油霧當中[5-]，海洋石油工程對電氣設備自身的防爆性能與惡劣環境應對能力提出了更高的要求8。防爆電氣設備在特定條件下，設備可能失去其防爆性能，其關鍵指標包括如下方面：

（1）表面溫度：設備表面溫度超過其設計的最高允許溫度（溫度組別）時，會成為潛在點燃源，其主要原因包括：設備過載或散熱不良、環境溫度過高、內部電路故障導致熱量積聚等；

（2）過電流：設備通過的電流超過其額定電流范圍。主要原因包括：負載過大或短路，可能導致設備發熱、損壞，甚至引發火災；

（3）絕緣電阻下降：設備的絕緣電阻低于規定的最低值，主要是潮濕環境導致絕緣材料受潮，絕緣材料老化或損壞；

（4）外殼密封失效：設備外殼密封件損壞或失效，無法有效防止外界氣體或粉塵進入。原因包括：密封件老化、磨損或安裝不當等；

（5）結構件疲勞：設備結構件因長期受力而出現疲勞損傷;

（6）操作維護不當：操作人員未按規范操作設備，設備缺乏定期檢查和維護。

本文選取了某海上平臺中層甲板燃氣壓縮機區域的防爆設備，針對上述典型防爆參數開展在線監測，主要包括：

（1）表面溫度監測：通過紅外熱成像攝像頭，實時監測該區域設備的表面溫度，判斷其是否超過設計的最高允許溫度；（2）電流監測：在XXX位置安裝電流傳感器，判斷設備通過的電流超過其額定電流范圍；（3）溫濕度監測：在接線箱里安裝溫濕度傳感器，監測其是否形成潮濕環境，影響設備的絕緣電阻，內置的溫度傳感器和濕度傳感器實時監測溫度和濕度，并將這些數據傳輸到監控后臺[9]；（4）振動監測：在燃氣壓縮機區域動設備安裝溫振傳感器，監測設備的運行狀況，結合頻譜分析、累積損傷理論等，對設備的疲勞損傷、故障類型等進行分析判斷。

2防爆設備在線監測系統設計

2.1 系統組成

物聯網技術通過將傳感器、執行器等設備連接到互聯網，實現了對物理世界的感知、控制和信息交互。本文所述系統安裝于某海上平臺中層甲板的燃氣壓縮機區域，旨在通過先進的傳感技術和數據處理手段，實時監測和分析防爆設備的運行狀態。該系統的整體架構如圖1所示，主要包括以下4個關鍵組成部分。

2.1.1 傳感器

在對物聯網技術應用過程中，會通過在物體上安裝傳感器的方式，完成無線傳感器網絡的設置[]。包括紅外熱成像、電流傳感器、溫濕度傳感器、溫振傳感器等，分別用于監測防爆設備的表面溫度、電流、環境以及設備故障。在制定監測覆蓋率要求的基礎上，充分考慮平臺的實際結構、環境特點以及監測需求，對海上平臺的傳感器布放方式進行優化[12]。

2.1.2 數據采集設備

數據采集設備是連接傳感器與中央控制系統的關鍵環節，負責將傳感器采集到的模擬信號轉換為數字信號，并進行初步處理。具體功能包括：信號調理：對傳感器輸出的原始信號進行放大、濾波等預處理，提高信號質量，確保數據準確性。數據同步：確保不同傳感器采集到的數據在同一時間基準下進行同步，避免因時差導致的數據不一致問題。數據存儲：具備本地緩存功能，在網絡不穩定或服務器故障時，能夠暫時存儲采集到的數據，待恢復正常后上傳至中央控制系統。數據傳輸：通過有線或無線通信接口，將處理后的數據傳輸至現場服務器或云端平臺，供進一步分析和處理。數據采集設備的設計充分考慮了海上平臺的特殊環境，具有高可靠性、抗干擾能力強等特點，確保在惡劣條件下也能穩定運行。

圖1防爆設備在線監測系統組成 Fig.1Composition of online monitoring system for explosion-proof equipment

2.1.3 無線/有線網絡

為了實現數據的高效傳輸和遠程監控，系統采用了靈活的無線/有線混合網絡架構，具體包括：有線網絡：在關鍵監測點和數據采集設備之間鋪設專用的光纖或電纜，確保數據傳輸的穩定性和高速率。無線網絡：對于布線困難或移動性要求較高的應用場景，采用無線通信技術（如Wi-Fi、LoRa、5G等）的遠程監測系統，實現了低功耗、高穩定性的遠程監控實現數據的遠程傳輸[13]。

2.1.4 現場服務器

現場服務器安裝在控制室，作為系統的中樞大腦，其主要功能包括：數據接收與處理：從數據采集設備獲取實時監測數據，并進行初步處理和分析；數據存儲與管理：將處理后的數據存儲在高性能數據庫中，建立長期的歷史數據檔案，便于后續查詢和分析；數據分析與報警：基于預設的閥值和算法模型，對實時監測數據進行分析，識別異常情況并發出警報；用戶界面與交互：提供友好的用戶界面，方便運維人員查看設備狀態、歷史數據和報警記錄。

2.2 系統安裝

2.2.1 基本情況

燃氣壓縮機位于中層甲板東南方向位置，壓縮機機組主體為一臺隔爆型電機驅動一套直列雙缸雙作用往復式壓縮機，機組所包含的主要防爆設備包括：防爆動力（照明）控制箱、防爆電磁閥、隔爆型熱差式流量開關、溫度變送器、防爆電加熱器、防爆軸流通風機、防爆電源三通接線盒、點型紅外火焰探測器和可燃氣體探測器等。

2.2.2 傳感器安裝

在撬塊上方安裝一套防爆紅外熱成像實時監測裝置，實現區域內表面溫度監測；在燃氣壓縮機主要發熱、受力部位安裝無線溫振傳感器，包括電機和曲軸箱軸承位置（如圖2中1H、2H、3H、4H所示），兩級氣缸排氣閥位置（圖2中1～4T和5～8T所示），共計安裝12個傳感器，安裝方式為強力結構膠安裝；電流傳感器和溫濕度傳感器，均安裝在防爆接線箱內。傳感器安裝示意如圖2所示。

圖2溫振傳感器安裝位置 Fig.2Locationofthetemperaturevibrationsensor installation

2.2.3 信號線敷設

從燃氣壓縮機旁安裝的防爆接線箱通過光纖信號線纜沿著已有的電纜橋架鋪設到平臺中控間，實現傳感器信號數據實時監測采集的功能。

2.2.4數據采集設備及服務器安裝

為了實現上述數據的采集、存儲和遠程訪問，在控制室安裝了數據采集、網絡傳輸設備智能服務器。

3應用及實施效果

現場所有接線工作完成后，系統機柜上電，服務器、防火墻等設備開始工作，然后開始系統組態、調試設置，到目前為止，各防爆設備關鍵防爆參數監測數據正常可用，系統運行穩定。

3.1關鍵防爆參數實時監測

通過多種傳感器的協同工作，系統能夠實時監測燃氣壓縮機相關防爆設備的各項關鍵參數，并在界面中實時顯示，一旦發現異常情況（如過高的溫度、異常的電流波動等），系統會立即發出警報，提醒運維人員采取措施，有效預防潛在的安全隱患。

3.2 可視化管理

系統提供的用戶界面可以直觀地展示設備的狀態和報警信息，便于運維人員和管理人員隨時掌握設備的運行情況，做出快速響應。

3.3各類防爆參數相互驗證

在本系統中，對部分防爆設備的關鍵參數采取了多種監測方式。以溫度參數為例，溫振傳感器采集了重點點位的數據，而紅外熱成像攝像頭采集了區域溫度，多種監測手段相互結合，可以增加監測數據的可靠性，減少誤報。

3.4增強決策支持

專業技術人員可通過系統查看被監測設備狀態、歷史數據和報警記錄，通過數據分析，可以更好地了解設備的運行狀況，制定更有效的運營策略。

4結語

（1）針對防爆電氣設備，分析了其防爆參數特性，并選取了表面溫度、電流、環境溫濕度、振動作為關鍵防爆參數進行監測；

（2系統由傳感器、數據采集設備、無線/有線網絡和現場服務器四部分組成。用于監測某海上平臺中層甲板燃氣壓縮機區域的，采用了多種傳感器進行監測：在燃氣壓縮機撬塊上方安裝了防爆紅外熱成像裝置，在主要發熱和受力部位安裝了無線溫振傳感器，并在防爆接線箱內安裝了電流傳感器和溫濕度傳感器。通過光纖信號線纜鋪設至平臺中控間，實現傳感器信號數據的實時采集；

（3）通過應用表明，該系統能夠實時監測燃氣壓縮機及相關防爆設備的各項關鍵參數，一旦發現異常立即發出警報；可視化管理界面便于運維人員隨時掌握設備運行情況，做出快速響應；多種監測方式相互驗證，增加了監測數據的可靠性，減少了誤報。

【參考文獻】

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