设备状态监测系统在海上采油平台的应用研究

刘文山

（中海石油中国（有限公司）崖城作业公司，广东 深圳 518067）

油气田具有连续不间断生产的特性,对设备的可靠性、安全性要求高。旋转设备包括燃气轮机、压缩机、风机、发电机等，在石油行业中应用广泛，在设备生命周期内，要求大型机组设备不出现或尽量少出现故障，大型机组设备一旦发生故障，轻则使设备功能受影响，造成产量降低，造成，重则会导致严重的安全事故。为保障这些设备安全平稳运行，采用监测系统对其实时监控，监测大型旋转设备运行状态参数。

1 设备状态监测系统

设备有正常状态、异常状态和故障状态，运用振动信号分析技术、温度分析技术、油液分析技术和声发射分析技术等不同的机械故障诊断方法，对设备进行评估、分析其运行状态。采用振动信号分析技术的转子振动监测是机组状态监测的重要手段。旋转机械故障诊断与预测方法及其应用研究。

1.1 透平机组监测系统

海上平台使用的机组使用美国本特利内华达公司生产的3300监测系统，由探头、同轴电缆、前置放大器、监测器、上位机和软件组成。监测器的电源模块为检测系统提供稳定电源，探头探测设备状态参数，前置器为探头提供稳定的电流，将传感器采集的信息进行转换、放大探头的信号；振动输入监测器接受探头的输入信号，进行测量值与设定点比较，将信息进行处理，送到控制系统及上位机，给出报警信号或停车信号；监视器的指示灯，指示制定测试点与基准点直流电压是否正常。通过上位机连接监视器，维修人员对各种模块进行编程、组态与程序下装，进行数据采集、监控，对振动、位移等实时测量，直观地反映出机组运行情况，通过报警设置和联锁设定，在第一时间提供机组的故障信息及采取保护动作，保障人机安全。

1.2 监测系统应用

通过状态监测系统，认真分析所采集的数据, 对数据进行分析，做出测试报告，了解机组的运行状态，对异常现象判断故障真伪，判断透平机组运转是否正常，全面准确地掌握设备运行状态，对故障解决提供依据，做出维修决策，提前制定维护计划，减少故障停机，降低维修费，在机组管理上发挥了重要作用。

2 透平机组典型故障

透平机组设备在运行时，会突发故障，造成停机，造成及维修成本高等问题，严重的会导致重大的事故。典型故障有以下几个。

2.1 轴承磨损

南山2号主透平发电机两端经常有高振动报警出现，12月对由于发电机进行年检发现轴承磨损、内表面损伤。机组长时间运行，因轴承磨损造成转子平衡精度下降导致中心线变化加剧轴承磨损，振动值不断加大；转子与轴承材质不同受热变形不同，会导致摩擦，造成振动，最终造成高振动停机。

2.2 齿轮箱事故

因齿轮加工精度、质量缺陷、联轴器不平衡或者润滑油不合格等多种因素会造成齿轮剥落、点蚀和磨损，造成齿轮牙齿的冲击，导致磨损加剧，造成齿轮折断或者轴承损坏。在齿轮负载增大、磨损增加时，会引起润滑油温度明显变化及振动值增大，如不能及时发现问题造成齿轮箱事故。2018年湿气压缩机停机后，进行盘车时发生高振动停机，检查发现启动马达与齿轮箱脱离，拆除启动马达后发现齿轮箱内轴承滚珠脱落，造成齿轮箱事故，导致机组无法使用。

2.3 仪表故障

在透平机组中有PLC控制系统、监测系统及防喘振控制器。要保证机组正常运行，需确PLC控制系统、监测系统及防喘振控制器都运行正常，但其内部也十分复杂，任何其中的一个部分发生故障，传感器、卡件、通讯若出现故障问题，就不能正常发挥检测、控制、反馈的作用，最终导致机组报警、停机。根本原因主要在于探头安装不规范、调试及校验不准确、卡件不匹配等。常见的故障主要有传感器输出信号不正常，与正常的数值存在较大偏差，或者数值波动较大；卡件发生故障、通讯中断。

3 预防机组故障的策略

3.1 强化专业知识培训提升维保质量

对透平机组维护人员加强专业技术培训，研究机组技术资料，提高人员技术水平，提升维保质量。仪表失灵导致机组各类故中的概率较大，生产工艺波动、流程调整等因素而产生的故障也常有发生，现场干扰因素也会产生虚假的检测信号。探头安装是否规范，不同探头都有自身的特点，对定位、间隙等参数都有明确要求，如果对传感器及其检测系统的原理及注意事项不清楚，会导致安装不规范、安装质量差，导致故障偶尔出现，造成现场查找原因困难。探头校验是否准确，不同探头大致一样但有些差别，如全部按照相同的-10V，校验，会导致探头零点电压与组态零点电压不一致，造成零位不准、测量偏差大，造成系统误判。前置器对工作环境要求高，环境振动、海上环境恶劣，温度变化大、湿度大、盐分高，造成控制箱内的前置器故障。电缆和接头的破损或短路，在机组运行现场环境存在振动、油污，接线端子松动、接线不良，在使用、维修过程中造成电缆破皮、屏蔽线接地，油污进入探头、电缆接头造成导体短路，监测系统对该回路测量信号状态异常的显示。仪表失灵导致机组各类故中的概率较大，生产工艺波动、流程调整等因素而产生的故障也常有发生，现场干扰因素也会产生虚假的检测信号。通过专业学习熟悉规范及掌握仪表工作原理，对不同的仪表采取相应的维保检测手段，提高检测的可靠性及准确性。维修人员根据控制系统、仪表、生产流程等多方面情况综合分析，判断机组故障。

3.2 提升故障分析判定水平

机组运行出现状态参数异常，需要进行停机立即处理，还是采取临时措施减少危害，保持继续运行、择机处理。对故障的不同处理方式前，必须对异常数据分析，维修人员需根据控制系统、仪表、生产流程等多方面情况综合分析。对相关、互联的参数进行分析，轴位移的变化同时常常会伴随轴承温度、轴振动的增高变化作为参考依据。对设备同一轴承的运行参数（温度、振动等）进行比较，运行参数是否在合理的范围内，同一轴系的振动参数是否也随之改变，另一端的轴振动参数是否变化；了解工艺参数、流程是否变化，机组现场检查是否有异象；进行振动频谱分析，通过典型故障频谱，对异常数据进行分析，发现故障，对下一步的维修计划制定提供可靠依据。

4 结语

设备的运行状态关系到油气田的安全生产，开展设备状态监测和故障诊断是保证现场设备安全平稳运行的基础，通过对各种状态参数连续监测，进行行状况数据分析，及时诊断潜在故障，为设备预防性维护提供依据。状态监测只是一种技术手段，为保障现场安全生产，降低设备故障率，要不断加强专业知识培训学习，提升技能，优化现有监测系统，提高设备维护质量。