在线监测技术在海洋石油平台设备状态监测中的应用

李政

（中海油能源发展装备技术有限公司，天津 300450）

1 概述

随着现代工业互联网技术的发展和生产现代化，以往的现场巡检和离线监测方式，无法有效监测设备突发性和偶发性故障。而机组状态的优劣又事关海上采油生产平台的安全有效运行，设备非计划停机对平台连续性生产会造成一定的影响，而对设备在线实时监控就能有效解决这一难题。

在线实时监测技术可以将传统的定期维修转化为视情维修；其次，离线监测方式不能实时有效记录设备故障数据，在线实时监控技术可以实时记录设备运行数据，通过对长时间监测数据进行汇总分析，比较精确的评估设备运行状态，改进设备管理方式。

2 在线监测技术在采油平台应用现状

状态监测技术在海洋石油平台/处理厂应用以来，离线监测模式已经不能有效发挥设备管理的要求，随着海洋石油生产平台设备管理方式的转变，那么在线监测技术就是随着这一变革逐渐的应用于海洋石油生产平台的动设备状态监测中。截至2020年，中海油各分公司下属各平台总计200多台/次关键动设备已经接入在线监测系统。其中包括外输泵、注水泵以及天然气压缩机等关键设备安装了在线监测系统，并且部分设备把工艺参数（如机组的温度、压力、电流等参数）也引入到在线监测系统。

我们根据多年离线监测数据积累和设备故障发生频率，并基于现场具体情况分析。又加之海洋石油平台的外输泵类和注水泵类设备属于平台生产核心设备。这类设备如果发生故障会对平台生产等造成严重影响，离线监测方式只能看到当时采集时的数据，而现场环境和设备运行工况等变化后引起的振动等变化，监测人员是无法采集到当时的振动数据的，对于上述设备我们都推荐或采用在线实时监控方式。

3 在线状态监测系统结构及技术概述

中海油海上生产平台目前安装的在线监测系统，即利用现有的企业网络可以实现动设备在线监测信息的共享，所有设备操作及管理人员均可浏览设备实时动态运行数据并提取设备振动、温度等相关信息，对设备状态进行分析。通过分析对运行动设备状态进行评估，如果设备存在潜在故障或出现故障，诊断中心的专业诊断工程师通过各种通信方式与现场设备管理人员联系并采取相应的措施，及时对设备故障进行干预和提早采取措施，避免设备故障恶化或发生事故性故障。

4 在线监测系统网络构架

在线系统监测实现振动信号或信息的方式是，现场通过传感器将采集到设备的振动信号传输信号处理系统，信号处理系统与数据采集器和平台控制室平行连接，最后通过企业网络传输到终端服务器和在线监测与故障诊断分析人员，实现数据传输和存储备份及分析。一方面现场管理人员实时浏览设备实时振动数据，根据设备各部分振动趋势和频谱变化，提前采取相关干预措施，防止设备故障进一步恶化；故障诊断分析人员可以实时读取设备振动等数据，详细分析设备当前状态，指导现场采取有针对性的维护和维修措施。

图1 在线监测系统网络构架

5 在线系统常规图谱

5.1 机组状态总貌图

图2 机组状态总貌图

5.2 机组运行主要振动参数图谱

在线监测诊断系统可以与平台/终端中控系统的设备其他运行数据实现对接和互访，实现对机组运行数据的全面掌握。目前大部分设备监测系统都是围绕在利用振动信号诊断机组运行状态和故障诊断。仅凭这一点，还不能全面准确评价和诊断机组的实际运行情况。因为机组的振动参数大小还取决于运行时工艺条件(如温度、压力、负荷、转速等)的变化。参考设备其他运行信息使机组的分析诊断过程更加全面，有助于提高分析诊断的准确性。

图3 主要振动参数图谱

6 在线监测技术对提高设备故障诊断和管理的意义

（1）远程在线状态监测可以实时记录设备运行状态信息，可以随时随地时地查看设备的运行状态，将改变企业设备管理模式，使企业设备维修从定期维修转变为预防性维修。

（2）网络的开放性使设备故障诊断更加准确，可以集成各个诊断专家的智慧与经验。极大提高系统的整体诊断能力。远程诊断可以实现打破边界限制，使专家诊断知识、经验与诊断资料实现线上共享。可以实现对设备故障部位精准定位从而采取更有效和更有针对性的维护和维修措施。

7 在线监测故障诊断实例

依据设备在线实时监控系统，根据监测系统提供的设备振动趋势和频谱成分变化，实时对设备状态进行监测与评估，实现对设备真实状态的掌控，指导设备适量维护和维修，保障设备可靠运行。从而提高机组和生产装置运行的安全与可靠性。

案例：2011年4月份，某平台注水泵我们在监测过程中，发现泵非驱动端加速度总值从之前的19m/s²左右上升到66m/s²左右，加速度时域波形冲击明显，加速度包络频谱中出现明显的轴承故障峰值及其谐波。通过综合分析泵非驱动端轴承故障，应对泵非驱动端轴承进行更换。随后设备维修人员维修时，发现泵非驱动轴承保持架严重磨损，影响设备正常使用。

当时的频谱图如下：

图4 案例频谱图

更换故障轴承照片：

8 结语

中海油动设备在线实时监测诊断系统建立以来，海洋石油生产平台实现了对动设备运行状态有效管理，使设备管理水平更上一个台阶。通过日常对动设备状态实时监测，发现和预警多起设备故障问题，并及时采取相应措施，将设备故障消除在萌芽之中。由于在线监测系统及时跟踪监测，避免了设备故障的恶化，保护了设备，也保证了生产的安全进行。通过在线实时监控技术的应用，实现对动设备更加科学有效的管理，优化维修资源，提高资源有效利用率，从而节约人力和物力成本，实现企业生产节能、环保及经济等综合效益，同时也使设备运行更安全和可靠。