海洋油氣工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)分析
| XM在CACT作業(yè)者集團(tuán)海上采油平臺應(yīng)用近一年的時(shí)間內(nèi)，兩次保護(hù)動作避免了惡性事故的發(fā)生，具有推廣價(jià)值。 背景介紹 海洋油氣工業(yè)具有高風(fēng)險(xiǎn)、高收益、資金密集、技術(shù)密集等特點(diǎn)，因而對生產(chǎn)的安全性以及設(shè)備的可靠性要求很高，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測是滿足這一需求的比較合適的解決方案。CACT作業(yè)者集團(tuán)（以下簡稱CACT）共有6個(gè)生產(chǎn)平臺1個(gè)生產(chǎn)儲油輪，是中國目前******、歷史最久、總產(chǎn)量最高的對外合作海上油田；CACT在預(yù)防維修機(jī)制運(yùn)轉(zhuǎn)良好的基礎(chǔ)上，對大型、關(guān)鍵設(shè)備正在實(shí)行預(yù)測維修策略。 1995年CACT開始應(yīng)用Entek產(chǎn)品如直讀表VisTec、數(shù)采器/分析儀DataPac1500、Odyssey軟件等，取得了30多個(gè)成功預(yù)測設(shè)備早期故障的案例，積累了比較好的基礎(chǔ)；但是，我們開展?fàn)顟B(tài)監(jiān)測工作目的是要得到機(jī)器的狀態(tài)，離線系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集頻度與在線系統(tǒng)不可同日而語，便攜式采集器使用磁座固定傳感器，數(shù)據(jù)的質(zhì)量和采集位置的同一性不好；尤其重要的一點(diǎn)，對CACT來講，離線系統(tǒng)在經(jīng)濟(jì)性方面不再有優(yōu)勢：盡管以單位機(jī)器所負(fù)擔(dān)的費(fèi)用計(jì)，準(zhǔn)在線的巡檢系統(tǒng)和實(shí)時(shí)在線系統(tǒng)初次購置成本較高，但從運(yùn)行成本長期來計(jì)算，它們相對離線系統(tǒng)要低很多。CACT租用直升飛機(jī)運(yùn)送人員，一個(gè)座位一個(gè)往返的價(jià)格約是550美元，7個(gè)設(shè)施間的交通需要進(jìn)行飛機(jī)穿梭，所以一次數(shù)據(jù)采集的交通成本約為2000美元；加之海上平臺床位緊張，確定好的數(shù)據(jù)采集計(jì)劃往往不易得到準(zhǔn)時(shí)實(shí)施；工程師不得不頻繁地奔波于各個(gè)平臺之間，在數(shù)據(jù)采集過程浪費(fèi)大量時(shí)間和精力；……所以從質(zhì)量、成本、效率等各個(gè)方面來講，在線、準(zhǔn)在線系統(tǒng)都較離線系統(tǒng)具有很大優(yōu)勢。 2002年底，當(dāng)離線監(jiān)測系統(tǒng)已無法滿足預(yù)測維修工作的需求時(shí)，CACT購置了Enwatch巡檢式準(zhǔn)在線監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)是基于以太網(wǎng)的自動巡檢系統(tǒng)，數(shù)據(jù)采集時(shí)工程師不需到現(xiàn)場，只需在任意一臺聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算機(jī)上，即可對安裝在現(xiàn)場的Enwatch（需與網(wǎng)絡(luò)連接）采集模塊發(fā)出指令，令其定期采集和回收數(shù)據(jù)。這些過程均通過Odyssey軟件的在線模塊進(jìn)行控制。 2003年自布炷？镋nwatch投用，很快顯示出離線系統(tǒng)不可比擬的連續(xù)采集優(yōu)勢，下面例子中發(fā)現(xiàn)一起比較隱蔽故障的過程比較能說明問題。 但是，對于管線泵等核心設(shè)備，只有監(jiān)測還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，依據(jù)API(美國石油學(xué)會)標(biāo)準(zhǔn)，必須采用具有實(shí)時(shí)保護(hù)功能的系統(tǒng)。 2003年12月，CACT引進(jìn)了Entek實(shí)時(shí)保護(hù)系統(tǒng)XM（8套）以及、RSMacc軟件，組成了由離線數(shù)采器、準(zhǔn)在線監(jiān)測、在線保護(hù)等組成的比較完整的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。 CACT的振動監(jiān)測系統(tǒng)及網(wǎng)路結(jié)構(gòu)如附圖一所示。 HZ261平臺一段時(shí)間比較頻繁地出現(xiàn)軸承早期失效，我們用DataPac1500都預(yù)測到，但是無法根除這種現(xiàn)象；Enwatch投產(chǎn)之后，我們用其Enlive單通道實(shí)時(shí)跟蹤軟件以及高密度振值趨勢圖對該泵的振動作了仔細(xì)研究，發(fā)現(xiàn)在某些工況下，泵的振動值會突然增高，持續(xù)幾十秒后恢復(fù)正?，F(xiàn)場監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，振動升高的同時(shí)，在嘈雜的生產(chǎn)甲板現(xiàn)場可以辨別出一個(gè)細(xì)微的高頻哨音，哨音消失則Enwatch上的振動值降回正常，通過更細(xì)致的檢測，我們找出哨音來自Y-way閥。半個(gè)月后在一次計(jì)劃停產(chǎn)檢修中更換該閥門，之后從Enwatch上再也沒有出現(xiàn)過高頻哨聲這種情況，軸承的早期失效頻度也下降到正常水平。這樣的隱蔽故障如采用比較大的數(shù)據(jù)采集頻度“分辨率”（比如每周1次）是極有可能被漏掉的；即便偶然采集到高峰值，也會給故障分析和維修預(yù)測帶來比較大的干擾。 XM系統(tǒng)介紹 XM是Entek并入Rockwell Automation之后于2003年新推出的一個(gè)產(chǎn)品，它是世界上第一種采用開放式標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)總線的分布式振動監(jiān)測和保護(hù)系統(tǒng)，具有Rockwell Automation公司產(chǎn)品一樣的模塊化結(jié)構(gòu)和外觀，結(jié)構(gòu)小巧，易于安裝和檢查維護(hù)，通過了API670標(biāo)準(zhǔn)--《Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ?。校颍铮簦澹悖簦椋铮睢。樱螅簦澹恚C(jī)械保護(hù)系統(tǒng)）》；通過近一年的使用，XM模塊的可靠性經(jīng)受住了時(shí)間的考驗(yàn)。 XM模塊可以通過DeviceNet進(jìn)行遠(yuǎn)程組態(tài)，與之配套的軟件RSMACC EOL具有良好的Windows風(fēng)格人機(jī)界面，其主要功能如模塊與傳感器參數(shù)調(diào)整、繼電器動作邏輯設(shè)定、報(bào)警波段及門檻值調(diào)整等均可以在一個(gè)窗口的不同標(biāo)簽上完成，簡潔完整，讓人耳目一新；XM系統(tǒng)對較早產(chǎn)品Enwatch及 DataPac等運(yùn)行的數(shù)據(jù)存儲與診斷軟件Odyssey向下兼容，可以通過Odyssey來靈活地定義數(shù)據(jù)存儲，與RSMACC EOL軟件的報(bào)警及繼電器事件日志一起為歷史回溯以及機(jī)器故障原因分析提供依據(jù)。XM對Odyssey的支持保護(hù)了用戶的投資。XM多達(dá)16輸入?yún)⒘吭O(shè)置和16個(gè)報(bào)警邏輯設(shè)定，以及可擴(kuò)展4~20mA模擬量輸出端口，可以很好地滿足工業(yè)現(xiàn)場的組態(tài)需求。 目前高速巡檢系統(tǒng)和實(shí)時(shí)在線保護(hù)系統(tǒng)等在線及準(zhǔn)在線機(jī)器狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)一般采用分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫及硬件組態(tài)、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)顯示分析等采用服務(wù)器/客戶端機(jī)制，由于海上和陸地間采用的衛(wèi)星通訊非常昂貴， CACT租用的衛(wèi)星通訊頻道（30萬美金/年）數(shù)據(jù)帶寬僅為256K，運(yùn)行ERP以及Email系統(tǒng)還可以，傳輸大流量的實(shí)時(shí)動態(tài)振動數(shù)據(jù)則比較困難，我們借鑒IT部門的經(jīng)驗(yàn)，通過一個(gè)軟件從岸上辦公室遠(yuǎn)程登錄到距離陸地200公里的平臺上運(yùn)行專業(yè)在線監(jiān)測軟件的服務(wù)器，占用帶寬約10K，時(shí)滯小于1秒，就象在服務(wù)器本地一樣可以進(jìn)行組態(tài)、數(shù)據(jù)采集、技術(shù)分析、制作報(bào)告等所有的操作，比較好地解決通訊瓶頸。低成本間接實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)控和遠(yuǎn)程故障診斷。 應(yīng)用實(shí)例 CACT采油平臺現(xiàn)裝備有意大利Nuovo Pignone生產(chǎn)的原油外輸泵7臺，承擔(dān)著全油田近10000噸的原油日產(chǎn)量的外輸任務(wù)，屬于核心設(shè)備。該泵為立式安裝的10級離心泵，電機(jī)功率750馬力，頂端驅(qū)動，轉(zhuǎn)速3600RPM（即60Hz），上端采用FAG-7319止推軸承，下端向心軸承為FAG6216；電機(jī)通過一個(gè)剛性聯(lián)軸節(jié)與泵軸連接，泵軸中間過橋軸承為SKF7316，承受整機(jī)軸向力；這三組軸承近兩年來發(fā)生損壞多起，并造成電機(jī)轉(zhuǎn)子動靜碰摩及機(jī)械密封失效以及生產(chǎn)關(guān)停，損失巨大；其間維修部門從對中、安裝間隙控制、軸承本身、軸承潤滑、軸承冷卻、流體介質(zhì)、安裝基礎(chǔ)等等各個(gè)相關(guān)方面去改善，但結(jié)果總不能將讓人滿意；這樣不但造成維修任務(wù)繁重、停產(chǎn)損失巨大，更重要的是低的可靠性帶來嚴(yán)重安全隱患，因此，以往的振動監(jiān)測系統(tǒng)不能完全滿足現(xiàn)場要求，具用實(shí)時(shí)保護(hù)功能的XM保護(hù)系統(tǒng)就被引用進(jìn)來。 以下是兩個(gè)在實(shí)際應(yīng)用中的兩個(gè)例子。 2004-07-27凌晨3:51’，HZ323平臺一臺管線泵振動高關(guān)停，通過回溯該泵的XM系統(tǒng)報(bào)警紀(jì)錄以及Odyssey中的詳細(xì)振動數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該泵中間過橋止推軸承測點(diǎn)在840赫茲頻率項(xiàng)上的振幅值在大約6個(gè)小時(shí)內(nèi)逐步攀升，總振值也達(dá)到15mm/sec即XM的“危險(xiǎn)”門檻值，泵自動被關(guān)停，夜班操作人員手動啟動備用泵，避免了生產(chǎn)關(guān)停；通過分析存儲在Enwatch中的詳細(xì)數(shù)據(jù)，可知840Hz為該泵的過橋止推軸承SKF7316的內(nèi)圈故障特征頻率的2倍諧波，所以可以肯定是軸承故障；在當(dāng)天上午平臺機(jī)修技師進(jìn)行了止推軸承的更換，僅花2個(gè)小時(shí)該泵即投入生產(chǎn)；將拆下的軸承線鋸解體，發(fā)現(xiàn)軸承內(nèi)圈出現(xiàn)兩條長約5cm的深槽（參見附圖四），驗(yàn)證了診斷的準(zhǔn)確性。 依據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)過橋軸承嚴(yán)重毀壞時(shí)，一般會造成機(jī)械密封的損壞造成溢油，倘若油氣接觸高溫的毀壞軸承，極易造成火災(zāi)事故；而這次XM在軸承出現(xiàn)缺陷初期及時(shí)停泵，******限度地避免了損失。 2004-08-22 凌晨00: 45’，HZ261平臺夜班操作工在中控室聽到管線泵振動高報(bào)警，隨后振動高高停機(jī)報(bào)警及關(guān)斷動作，于是迅速趕到現(xiàn)場開啟備用機(jī)組，操作工在檢查被XM系統(tǒng)關(guān)停的機(jī)組時(shí)發(fā)現(xiàn)電機(jī)下端軸承座高溫，達(dá)110攝氏度，而平常紀(jì)錄為30~40攝氏度，；幾個(gè)小時(shí)以后機(jī)械技師拆下聯(lián)軸器，發(fā)現(xiàn)電機(jī)無法盤車，初步認(rèn)定軸承故障。通過回溯Odyssey中的數(shù)據(jù)確認(rèn)這個(gè)故障屬突發(fā)軸承故障。電機(jī)運(yùn)回岸上車間解體，發(fā)現(xiàn)軸承崩潰轉(zhuǎn)子上端軸肩與電機(jī)骨架出現(xiàn)輕微擦痕，更換新軸承后裝回測試電機(jī)正常。 一般而言，軸承嚴(yán)重?fù)p壞會引發(fā)電機(jī)掃膛，造成電機(jī)定子轉(zhuǎn)子報(bào)廢，這次XM保護(hù)又一次及時(shí)地避免了災(zāi)難性事故的發(fā)生。 結(jié)論： XM系統(tǒng)綜合了Entek在振動診斷領(lǐng)域多來的專業(yè)經(jīng)驗(yàn)和Rockwell Automation在工業(yè)自動化領(lǐng)域內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)化特質(zhì)，其產(chǎn)品的可靠性、易用性以及保護(hù)的精確性讓人印象深刻。 |
