1、海洋石油作業(yè)平臺(tái)壓縮機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)狀

 

　　【壓縮機(jī)網(wǎng)】往復(fù)天然氣壓縮機(jī)是海洋油氣開發(fā)裝備中的關(guān)鍵設(shè)備，具有高度集成、高可靠性、高安全性的特點(diǎn)，同時(shí)往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)在運(yùn)行平穩(wěn)性、振動(dòng)控制方面有很高的要求。使用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測監(jiān)測的手段，可以提高設(shè)備運(yùn)行可靠性，提高檢維修質(zhì)量，也可以降低設(shè)備檢維修費(fèi)用，并最終實(shí)現(xiàn)意外停機(jī)時(shí)間。

 

　　截至目前，國內(nèi)海上油氣平臺(tái)用往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)組僅限于振動(dòng)、壓力、溫度等參數(shù)在線檢測與故障報(bào)警，沒有故障智能分析功能，只能進(jìn)行事后的分析，從而失去了預(yù)知診斷的功能和意義。機(jī)組發(fā)生故障的時(shí)候只能停機(jī)檢修，而無法快速進(jìn)行分析判斷，不利于海上平臺(tái)壓縮機(jī)組的平穩(wěn)運(yùn)行，并大大增加了機(jī)組故障維修的成本。壓縮機(jī)故障直接威脅海洋石油作業(yè)平臺(tái)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)海上生產(chǎn)意義重大，如何確保壓縮機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)現(xiàn)場生存穩(wěn)定具有重要意義。

 

　　隨著狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展，使用狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)對(duì)關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行預(yù)知預(yù)判，針對(duì)潛在故障可以提前采取檢維修措施，避免惡性事故的發(fā)生，并保證安全生產(chǎn)。這種維修模式就是從事后維修到定期維修到預(yù)知維修的轉(zhuǎn)換，對(duì)海洋石油作業(yè)平臺(tái)上關(guān)鍵的天然氣往復(fù)壓縮機(jī)開展在線監(jiān)測技術(shù)研究，具有十分重要而積極的意義。
 

 

　　2、海洋石油作業(yè)平臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)組實(shí)施在線監(jiān)測的難點(diǎn)

 

　　2.1 海洋石油作業(yè)平臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)常見故障分類

 

　　海洋石油作業(yè)平臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)常發(fā)故障包括氣閥損壞、活塞桿斷裂和拉伸、主軸承磨損、十字頭安裝和運(yùn)行故障等，這些潛在故障提高了設(shè)備維修費(fèi)用，還為生產(chǎn)組織帶來了各種安全隱患。根據(jù)近年針對(duì)海洋石油作業(yè)平臺(tái)天然氣往復(fù)壓縮機(jī)維修的統(tǒng)計(jì)，往復(fù)壓縮機(jī)常見故障中氣閥故障占比約65%，填料密封和氣缸環(huán)密封故障占比大約25%。故障原因除了過載、氣體介質(zhì)異物進(jìn)入、潤滑問題外，超過35%的原因和運(yùn)行環(huán)境有關(guān)。歸納起來往復(fù)壓縮機(jī)設(shè)備故障分為3個(gè)方面。

 

　　（1）氣閥故障，主要表現(xiàn)為吸氣閥或者排氣閥泄漏、氣閥非正常啟閉、彈簧斷裂等故障；

 

　　（2）連桿和活塞桿等運(yùn)動(dòng)件異常振動(dòng)故障，主要表現(xiàn)為十字頭瓦磨損、活塞環(huán)和填料環(huán)由于往復(fù)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的密封失效、主軸承故障等；

 

　　（3）輔助部件故障，如無油流開關(guān)電池由于潮濕和腐蝕性的工作環(huán)境頻繁損壞，導(dǎo)致注油泵停車；

 

　　2.2 海洋石油作業(yè)平臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)施在線監(jiān)測的難點(diǎn)

 

　　海洋石油作業(yè)平臺(tái)離岸作業(yè)的特點(diǎn)對(duì)天然氣往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)施在線監(jiān)測帶來不便的方面主要體現(xiàn)在如下幾個(gè)方面：

 

　　（1）工況復(fù)雜多變。根據(jù)現(xiàn)場作業(yè)情況，氣量不夠穩(wěn)定，氣體中含有較多雜質(zhì)，如水分和硫化物等腐蝕性介質(zhì)，這些現(xiàn)況的存在導(dǎo)致壓縮機(jī)平穩(wěn)運(yùn)行變得更加困難。因此，在不同工況下實(shí)現(xiàn)在線連續(xù)監(jiān)測需要建立一套完整和智能的系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可比性。

 

　　（2）機(jī)組運(yùn)行環(huán)境。海洋石油作業(yè)平臺(tái)由于自身工作特點(diǎn)：一是環(huán)境潮濕，對(duì)設(shè)備和儀表容易造成影響；二是安裝空間緊湊，多機(jī)組同時(shí)運(yùn)行可能互相干涉造成數(shù)據(jù)采集受到影響；三是壓縮機(jī)介質(zhì)不穩(wěn)定，容易含有較多水分，同時(shí)含有硫化物等腐蝕性氣體，因此對(duì)壓縮機(jī)易損件的影響與陸地機(jī)組不同。

 

　　（3）數(shù)據(jù)傳輸和安全。海洋石油作業(yè)平臺(tái)遠(yuǎn)離陸地，數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)帶寬受到限制，因此開發(fā)研究的在線監(jiān)測系統(tǒng)必須具有數(shù)據(jù)本地存儲(chǔ)并方便轉(zhuǎn)輸?shù)墓δ堋?/div>

 

　　（4）管理體制和模式。平臺(tái)設(shè)備管理人員以倒班制為主，對(duì)往復(fù)機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)的維護(hù)、數(shù)據(jù)管理和使用提出了更高的要求，在線監(jiān)測系統(tǒng)必須在數(shù)據(jù)給誰看、看什么方面提出解決方案，根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際采集數(shù)據(jù)由在線監(jiān)測系統(tǒng)智能化給出診斷結(jié)論和維護(hù)建議，結(jié)論更容易被平臺(tái)設(shè)備管理人員讀懂、并采取必要的維護(hù)措施，是對(duì)在線監(jiān)測系統(tǒng)的更高要求。

 

　　3、海洋石油作業(yè)平臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)組實(shí)施在線監(jiān)測的技術(shù)路線選擇

 

　　根據(jù)上述分析，在針對(duì)海洋石油作業(yè)平臺(tái)天然氣往復(fù)壓縮機(jī)實(shí)施在線監(jiān)測的技術(shù)選擇方面，重點(diǎn)要根據(jù)常發(fā)故障、機(jī)組實(shí)際難點(diǎn)、運(yùn)行維護(hù)和可擴(kuò)展推廣等多個(gè)角度加以考慮技術(shù)選擇、軟硬件功能設(shè)置等。

 

　　3.1 技術(shù)選擇

 

　　運(yùn)動(dòng)件故障主要包括十字頭銷敲擊、氣缸環(huán)磨損、十字頭大小頭瓦磨損、主軸承磨損或者安裝不當(dāng)?shù)取＠缡诸^連桿軸瓦磨損問題，該問題與潤滑不良有關(guān)，導(dǎo)致該問題的原因很多，現(xiàn)場檢測時(shí)使用單一的振動(dòng)測試方法，很難得出準(zhǔn)確結(jié)論，必須結(jié)合活塞桿載荷分析，綜合分析活塞運(yùn)動(dòng)周期下的振動(dòng)和其他參數(shù)變化，才能準(zhǔn)確判斷這類問題。

 

　　氣缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力信號(hào)監(jiān)測技術(shù)，在壓縮缸壓力采集示功孔安裝測試閥采集缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力，或者通過氣閥改造采集缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力，可以做示功圖分析，同時(shí)對(duì)活塞桿受力情況進(jìn)行計(jì)算。壓縮機(jī)活塞桿的受力主要是氣體作用力和慣性力承受來自氣體的合力，綜合使用該參數(shù)可以分析運(yùn)動(dòng)件故障。使用振動(dòng)分析技術(shù)，分別振動(dòng)傳感器采集振動(dòng)信號(hào)，可以對(duì)包括、氣閥的開啟和關(guān)閉、十字頭沖擊、連桿大小頭瓦、活塞鎖母松動(dòng)等故障進(jìn)行分析。電機(jī)驅(qū)動(dòng)端和自由端的振動(dòng)傳感器主要用于監(jiān)測電機(jī)的機(jī)械故障，如電機(jī)軸承故障、電機(jī)整體振動(dòng)異常等。曲軸箱的振動(dòng)傳感器主要監(jiān)測曲軸的整體位移、軸承故障和地腳螺栓松動(dòng)等故障。單純的從定相振動(dòng)就可以區(qū)分出是哪個(gè)閥門出現(xiàn)了問題，定相振動(dòng)對(duì)其他部件故障信號(hào)的分析也是基于此原理（核心是哪個(gè)時(shí)刻該出現(xiàn)的必須出現(xiàn)，不該出現(xiàn)的不能出現(xiàn)）；一旦氣閥出現(xiàn)泄漏，通過高頻振動(dòng)信號(hào)或者超聲波信號(hào)即可明顯發(fā)現(xiàn)。

 

　　閥門泄漏規(guī)則：吸氣過程只有排氣閥泄漏，排氣過程只有吸氣閥泄漏，活塞環(huán)泄漏則會(huì)全程出現(xiàn)活塞桿沉降及運(yùn)動(dòng)軌跡分析技術(shù)，活塞桿運(yùn)動(dòng)監(jiān)測是在正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速下對(duì)缸內(nèi)活塞桿在整個(gè)沖程循環(huán)內(nèi)的運(yùn)行進(jìn)行全過程監(jiān)測。用以評(píng)估正常運(yùn)行狀態(tài)下活塞桿的機(jī)械對(duì)中、形變和其與其他接觸部件之間的間隙，也能對(duì)壓縮機(jī)各機(jī)械傳動(dòng)部件的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，如：十字頭、活塞環(huán)以及導(dǎo)向環(huán)，活塞桿填料磨損等。

 

　　一般的接近式電渦流傳感器只是利用接近傳感器信號(hào)中的直流組分來檢測其與活塞桿之間的垂直相對(duì)位置。不能反映像超高壓壓縮機(jī)這樣由于重載荷、高壓力導(dǎo)致的活塞桿水平形變，而且，一旦缸內(nèi)出現(xiàn)諸如活塞桿附件裂紋、十字頭磨損這樣的機(jī)械損傷，傳感器采集的信號(hào)會(huì)很難辨識(shí)，給工作人員分析設(shè)備故障造成困惑。而動(dòng)態(tài)活塞桿運(yùn)動(dòng)的檢測能有效利用電渦流接近傳感器的直流特性，從水平方向上直接反映壓縮機(jī)活塞桿在整個(gè)沖程循環(huán)下的運(yùn)動(dòng)軌跡和偏擺量。

 

　　3.2 測點(diǎn)布置軟硬件功能選擇

 

　　在線監(jiān)測系統(tǒng)需滿足海洋石油作業(yè)平臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測需要，要求可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)有機(jī)組常規(guī)監(jiān)測測點(diǎn)信號(hào)接入，同時(shí)滿足新增振動(dòng)監(jiān)測、位移監(jiān)測、鍵相監(jiān)測、氣閥溫度監(jiān)測要求。

 

　　投標(biāo)方提供的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)有測點(diǎn)的接入與在線監(jiān)測，包括2組軸承溫度、機(jī)身振動(dòng)、一級(jí)氣缸出口溫度、二級(jí)氣缸出口溫度、一級(jí)填料溫度、二級(jí)填料溫度、4路進(jìn)排氣管路壓力，共計(jì)11個(gè)測點(diǎn)；同時(shí)，數(shù)據(jù)采集器應(yīng)預(yù)留往復(fù)壓縮機(jī)十字頭振動(dòng)、活塞桿沉降、氣閥溫度、鍵相、曲軸箱振動(dòng)監(jiān)測通道；系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須滿足現(xiàn)場防爆要求，具有高可靠性、產(chǎn)品成熟、性能穩(wěn)定，保證系統(tǒng)長時(shí)間無故障運(yùn)行。

 

　　數(shù)據(jù)采集設(shè)備或服務(wù)器必須具備本地存儲(chǔ)和分析功能。系統(tǒng)采用各功能模塊獨(dú)立的開發(fā)模式，采用中文顯示界面，設(shè)計(jì)友好；系統(tǒng)便于擴(kuò)展，對(duì)于后續(xù)有其他類型機(jī)組需增加狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，如往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測設(shè)備以及離線監(jiān)測設(shè)備，可以再同一平臺(tái)下實(shí)現(xiàn)無縫對(duì)接，不需要采用不同平臺(tái)。

 

　　為了方便平臺(tái)現(xiàn)場工程師便捷實(shí)用，在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠自動(dòng)處理監(jiān)測參數(shù)實(shí)現(xiàn)一定程度的智能診斷。當(dāng)監(jiān)測系統(tǒng)自身出現(xiàn)異常狀況時(shí)，系統(tǒng)能夠自檢通訊異常、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)異常等，能給出信息提示自檢信息。每一測點(diǎn)設(shè)置報(bào)警門限值和啟停車門限值；報(bào)警門限值能夠?qū)崿F(xiàn)故障預(yù)警，并以此為依據(jù)實(shí)現(xiàn)聲音、短信、郵件等報(bào)警功能，報(bào)警形式包括連續(xù)報(bào)警、間斷報(bào)警或手動(dòng)觸發(fā)報(bào)警；當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)事故時(shí)，系統(tǒng)可自動(dòng)增加的數(shù)據(jù)采集密度，實(shí)現(xiàn)連續(xù)整周期采集。軟件系統(tǒng)應(yīng)具有多機(jī)組在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)整合能力，可在同一平臺(tái)下完成各型機(jī)組報(bào)警、分析、診斷；可以顯示并處理如下數(shù)據(jù)：可概括顯示各個(gè)測點(diǎn)的基本數(shù)據(jù)，包括機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)如轉(zhuǎn)速、時(shí)間和振動(dòng)、溫度及工藝參數(shù)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)；機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)圖：實(shí)現(xiàn)各數(shù)據(jù)值趨勢(shì)分析；歷史比較圖：可以按照時(shí)間或者測點(diǎn)進(jìn)行對(duì)比分析；單值棒圖：顯示活塞桿沉降量、振值等參數(shù)；活塞桿沉降和位移監(jiān)測：可監(jiān)測到活塞桿運(yùn)動(dòng)軌跡的數(shù)值趨勢(shì)、軌跡分析及；振動(dòng)監(jiān)測：可實(shí)現(xiàn)數(shù)值趨勢(shì)、波形分析；其它參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測：可實(shí)現(xiàn)工藝量的趨勢(shì)分析；分析診斷報(bào)告、報(bào)表自動(dòng)生成系統(tǒng)。軟件系統(tǒng)采用瀏覽器/服務(wù)器Browser/Server） 結(jié)構(gòu)。用戶局域網(wǎng)上的計(jì)算機(jī)均可作為本系統(tǒng)的本地監(jiān)測瀏覽站。

 

　　系統(tǒng)須具備通過互聯(lián)網(wǎng)或遠(yuǎn)程撥號(hào)進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷、遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程升級(jí)功能。

 

　　4、結(jié)論和建議

 

　　作為海洋石油作業(yè)平臺(tái)的關(guān)鍵機(jī)組，天然氣往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)行維護(hù)的狀態(tài)直接關(guān)系到平臺(tái)安全可靠運(yùn)行，實(shí)施在線監(jiān)測可以有效實(shí)時(shí)監(jiān)測機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)知故障，為維修維護(hù)和備件準(zhǔn)備、人員安排和實(shí)施等提供科學(xué)依據(jù)和保障，是未來實(shí)現(xiàn)數(shù)字化作業(yè)平臺(tái)的關(guān)鍵一環(huán)。

 

　　參考文獻(xiàn)

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