海洋油氣工業(yè)監(jiān)測系統(tǒng)分析
| XM在CACT作業(yè)者集團海上采油平臺應(yīng)用近一年的時間內(nèi)，兩次保護動作避免了惡性事故的發(fā)生，具有推廣價值。 背景介紹 海洋油氣工業(yè)具有高風(fēng)險、高收益、資金密集、技術(shù)密集等特點，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（以下簡稱CACT）共有6個生產(chǎn)平臺1個生產(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)防維修機制運轉(zhuǎn)良好的基礎(chǔ)上，對大型、關(guān)鍵設(shè)備正在實行預(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，對CACT來講，離線系統(tǒng)在經(jīng)濟性方面不再有優(yōu)勢：盡管以單位機器所負擔(dān)的費用計，準(zhǔn)在線的巡檢系統(tǒng)和實時在線系統(tǒng)初次購置成本較高，但從運行成本長期來計算，它們相對離線系統(tǒng)要低很多。CACT租用直升飛機運送人員，一個座位一個往返的價格約是550美元，7個設(shè)施間的交通需要進行飛機穿梭，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)采集計劃往往不易得到準(zhǔn)時實施；工程師不得不頻繁地奔波于各個平臺之間，在數(shù)據(jù)采集過程浪費大量時間和精力；……所以從質(zhì)量、成本、效率等各個方面來講，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，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)采集時工程師不需到現(xiàn)場，只需在任意一臺聯(lián)網(wǎng)的計算機上，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)測還遠遠不夠，依據(jù)API(美國石油學(xué)會)標(biāo)準(zhǔn)，必須采用具有實時保護功能的系統(tǒng)。 2003年12月，CACT引進了Entek實時保護系統(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單通道實時跟蹤軟件以及高密度振值趨勢圖對該泵的振動作了仔細研究，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，在嘈雜的生產(chǎn)甲板現(xiàn)場可以辨別出一個細微的高頻哨音，哨音消失則Enwatch上的振動值降回正常，通過更細致的檢測，我們找出哨音來自Y-way閥。半個月后在一次計劃停產(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，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械保護系統(tǒng)）》；通過近一年的使用，XM模塊的可靠性經(jīng)受住了時間的考驗。 XM模塊可以通過DeviceNet進行遠程組態(tài)，與之配套的軟件RSMACC EOL具有良好的Windows風(fēng)格人機界面，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、報警波段及門檻值調(diào)整等均可以在一個窗口的不同標(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軟件的報警及繼電器事件日志一起為歷史回溯以及機器故障原因分析提供依據(jù)。XM對Odyssey的支持保護了用戶的投資。XM多達16輸入?yún)⒘吭O(shè)置和16個報警邏輯設(shè)定，以及可擴展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)和實時在線保護系統(tǒng)等在線及準(zhǔn)在線機器狀態(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，運行ERP以及Email系統(tǒng)還可以，傳輸大流量的實時動態(tài)振動數(shù)據(jù)則比較困難，我們借鑒IT部門的經(jīng)驗，通過一個軟件從岸上辦公室遠程登錄到距離陸地200公里的平臺上運行專業(yè)在線監(jiān)測軟件的服務(wù)器，占用帶寬約10K，時滯小于1秒，就象在服務(wù)器本地一樣可以進行組態(tài)、數(shù)據(jù)采集、技術(shù)分析、制作報告等所有的操作，比較好地解決通訊瓶頸。低成本間接實現(xiàn)了遠程狀態(tài)監(jiān)控和遠程故障診斷。 應(yīng)用實例 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；電機通過一個剛性聯(lián)軸節(jié)與泵軸連接，泵軸中間過橋軸承為SKF7316，承受整機軸向力；這三組軸承近兩年來發(fā)生損壞多起，并造成電機轉(zhuǎn)子動靜碰摩及機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，具用實時保護功能的XM保護系統(tǒng)就被引用進來。 以下是兩個在實際應(yīng)用中的兩個例子。 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)報警紀(jì)錄以及Odyssey中的詳細振動數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)該泵中間過橋止推軸承測點在840赫茲頻率項上的振幅值在大約6個小時內(nèi)逐步攀升，總振值也達到15mm/sec即XM的“危險”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)天上午平臺機修技師進行了止推軸承的更換，僅花2個小時該泵即投入生產(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），驗證了診斷的準(zhǔn)確性。 依據(jù)以往的經(jīng)驗，當(dāng)過橋軸承嚴重毀壞時，一般會造成機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警，隨后振動高高停機報警及關(guān)斷動作，于是迅速趕到現(xiàn)場開啟備用機組，操作工在檢查被XM系統(tǒng)關(guān)停的機組時發(fā)現(xiàn)電機下端軸承座高溫，達110攝氏度，而平常紀(jì)錄為30~40攝氏度，；幾個小時以后機械技師拆下聯(lián)軸器，發(fā)現(xiàn)電機無法盤車，初步認定軸承故障。通過回溯Odyssey中的數(shù)據(jù)確認這個故障屬突發(fā)軸承故障。電機運回岸上車間解體，發(fā)現(xiàn)軸承崩潰轉(zhuǎn)子上端軸肩與電機骨架出現(xiàn)輕微擦痕，更換新軸承后裝回測試電機正常。 一般而言，軸承嚴重損壞會引發(fā)電機掃膛，造成電機定子轉(zhuǎn)子報廢，這次XM保護又一次及時地避免了災(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、易用性以及保護的精確性讓人印象深刻。 |
