振动监测技术在海洋石油生产平台的应用

张顺乐,王庆国

（1.中海石油（中国）有限公司深圳分公司惠州油田作业区，广东 深圳 518000；2.中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300000）

1 概述

随着工业智能化的发展，机械设备结构本身越来越复杂，同时伴随着监控系统也越来越完善。相比离线振动监测，在线监测技术有时效性好、数据响应快速等优点。首先在线监测技术能使设备故障得到及时的响应，故障诊断人员通过实时监测数据及时诊断设备故障，第一时间将设备故障情况反馈给现场，提前预测故障并指导现场维修；其次，当设备未发生故障时，比如设备出现润滑不良，工艺波动等，通过在线监测数据，可以及时指导现场进行必要的维护措施，避免设备欠维护或过渡维护、维修；在线监测技术可以掌握设备长期或一个历史时期数据，相对掌握设备的状态优劣，改进设备的管理方式。所以在海洋石油生产平台关键设备（比如：原油外输泵，注水泵，透平发电机组，往复压缩机组）上，在线振动监测技术有他独特的优势得到广泛应用。

但对于一些对生产和安全影响小，检修比较容易，设备价值低，使用频次少且有多台备用机的机组，综合评估并考虑成本，依然采用定期离线振动监测模式，且在海洋石油生产平台上非关键生产设备上得到了广泛应用。运用离线振动监测系统可以为非关键机组的关键部件的状态评估提供可靠依据，指导此类设备基于评估结果进行维护和维修。

2 振动监测技术在海洋石油平台应用现状

振动监测技术在海洋石油平台、处理厂已开展了16年时间，对海上石油生产设备预防性维护和维修发挥了巨大的作用。截至2018 年7 月份，中国海油天津、湛江、上海，深圳分公司下属各作业区所属平台的所有动设备均已实施并应用振动监测技术。基于振动监测系统的设备状态评估维护和维修模式，成为海洋石油生产设备维护和维修的主要数据依据和决策支撑，无论从生产效率和经济效益上都取得较大收益。尤其是海洋石油平台的部分关键设备（如原油外输泵、注水泵等），由于平台远离陆地，一旦设备发生损坏，虽然不会对平台生产等造成明显影响，但对损坏设备返回陆地维修等工作，无论是经济上还是人员配备上，代价都会比较大。

另外对于一些受工况变化影响比较大的设备，采用在线监测只能看到设备振动数据，而工况变化后引起的振动变化，现场工况变化的数据（温度、压力、流量、负荷、电流，泵的效率等）无法获取，不可能对设备实现有效的监测。

3 振动监测故障诊断实例

应用动设备振动监测技术，根据系统提供的振动监测数据变化，准确判断机组的故障；并能根据设备振动幅值和频谱变化，对机组故障的严重程度做出判断，实现了预防性维修。

3.1 在线监测故障诊断案例：

案例1：2015 年1 月份，辽东作业公司某平台注水泵运行过程中，该平台注水泵B 泵电机驱动端振动加速度总值变高且存在较大的波动现象，该端加速度总值达到110m/S2。电机驱动端轴承加速度频谱中主要以电机的工频和谐波为主，加速度时域波形冲击较为明显，包络频谱中存在轴承故障频率；电机的速度总值相对不高，速度频谱中主要以工频为主，时域波形存在轻微的削顶现象。建议平台应谨慎关注运行，运行时密切关注电机振动噪声及温度变化。电机驱动端轴承存在一定的磨损，故障有进一步恶化趋势，平台根据运转情况及时检查，拆检发现电机驱动端轴承保持架磨损严重，需要更换。

当时的频谱图如下：

更换故障轴承照片：

案例2：2015 年7 月份，渤南作业公司某平台外输泵运行过程中，该平台外输泵C 泵非驱动端（4H）加速度总值持续呈上升趋势，加速度总值较之前上升一倍，速度总值没有变化。加速度频谱中从低频到高频存在大量峰值能量和摩擦噪声信号，加速度包络存在353Hz 轴承故障频率，轴承存在摩擦。建议平台运行时应谨慎关注该泵非驱动端振动和温度变化，准备好轴承备件，及时对该端轴承进行更换。平台根据运转情况及时检查，泵非驱动端轴承滚珠磨损严重，需要更换。

当时的频谱图如下：

3.2 离线监测故障诊断案例：

（1）某终端厂热油循环泵P-H06C

案例背景：该泵从2006 年以来频繁更换泵轴承，换上去的轴承平均寿命不到半年。

故障表现：振动速度频谱中有幅值突出的工频和多次谐波，在新轴承运转一段时间后就会出现轴承故障频谱。经频谱结合相位分析，判断为轴承与轴承座配合间隙大，更换时部分新轴承游隙偏大。机组运转时联轴器对中改变较大，泵撬基础有松动，有软地脚现象。在维修时，维修人员测量轴承座发现，孔、轴配合间隙偏大，安装轴承时只好用胶水固定轴承外圈，泵输送的介质温度为150℃，在高温时，胶水失效，导致轴承跑外圈，由于机组存在基础松动，泵运转一段时间后，联轴器对中就会发生改变。以上原因导致泵维修频率较高，在清楚故障原因后，终端厂设备管理人员已经订购轴承座，计划改造泵基础。以下是故障时典型的频谱：

（2）某平台右舷16 吨吊机液压泵电机轴承故障

案例背景：主液压泵电机非驱动端轴承在设备投入运行时我们在监测时就发现有早期轴承故障，但振动总值很低，我们在监测报告中建议继续使用，在每次监测时重点关注电机轴承故障的发展情况，设备一直平稳运转，在2009 年7 月监测时发现轴承故障因子升高，轴承加速度包络频谱中，轴承缺陷频率幅值升高，加速度波形图中有小的冲击波形出现，判断为轴承故障已经发展，因为这台吊机是平台的关键设备，我们建议油田检查更换，平台接到我们的现场分析报告后立即组织维修人员进行更换，检查更换后的轴承，发现轴承滚道有蚀坑，轴承间隙因磨损间隙偏大，更换后电机运转正常。

下面是故障时的典型频谱：

4 结语

从中国海油各分公司下属作业区所属各个平台应用振动监测技术以来，我们实现了对平台动设备进行有效振动监测和基于设备状态的维护和维修，发现和预警多次设备故障问题。随着设备状态监测与故障诊断技术的发展，这一技术将在中海油所属平台及其他企业设备管理与维修中发挥应有的作用。应用旋转机械离线、在线振动监测系统，根据系统提供的频谱变化，准确判断机组的故障，并能根据现场传回的频谱变化，对机组故障的严重程度做出判断，实现了预防性维修。利用离线、在线监测及故障诊断系统可以定时或实时监测机组的运行状态，在某些恶性故障的形成过程中，或者在破坏性故障的初期便采集到信息，及时分析诊断原因和发展趋势，避免故障的扩大、避免二次事故的出现，真正做到防患于未然，从而提高机组和生产装置运行的安全与可靠性。