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設(shè)備健康管理技術(shù)在燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)上的應(yīng)用

1 燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)在珠海高欄終端的應(yīng)用

珠海高欄終端是目前國內(nèi)最大的天然氣處理終端，設(shè)計分為幾個階段：一期一階段，外輸干氣的處理量為80億方/a；一期二階段，外輸干氣的處理量為120億方/a。初期投產(chǎn)處理量只有36億方/a。離心壓縮機(jī)都有一個穩(wěn)定運(yùn)行的工況范圍[2]，此項目壓縮機(jī)在選型上除了考慮效率高、工況范圍覆蓋廣和成本低等幾個因素，還應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)模下兼容最小氣量的要求。根據(jù)生產(chǎn)工況，在對比了各個廠家的方案并對其經(jīng)濟(jì)性論證后，高欄終端選用了索拉公司的Titan250新型燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)[3]。

2 EHM技術(shù)

EHM技術(shù)主要是對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和運(yùn)行趨勢的監(jiān)控，幫助用戶提高設(shè)備操作的安全性和可靠性，降低設(shè)備使用生命周期內(nèi)的維護(hù)和操作費(fèi)用。EHM技術(shù)包含3個組成部分：信息管理、遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷(Remote Monitoring and Diagnostic，RM&D)以及現(xiàn)場評估。

EHM技術(shù)是通過網(wǎng)絡(luò)連接建立現(xiàn)場設(shè)備機(jī)組與遠(yuǎn)端監(jiān)控中心的數(shù)據(jù)采集、傳輸、過濾和處理，并根據(jù)處理結(jié)果進(jìn)行預(yù)警、故障排除和安排維修等。Titan 250壓縮機(jī)組實現(xiàn)此功能主要依靠InSight 連接技術(shù)：從用戶機(jī)組PLC上讀取的數(shù)據(jù)經(jīng)過一個雙重加密的專用格式和M2B專用網(wǎng)絡(luò)傳輸至遠(yuǎn)端數(shù)據(jù)處理中心，并記錄運(yùn)行參數(shù)、識別主要偏差、進(jìn)行各種數(shù)據(jù)分析和故障檢測。數(shù)據(jù)傳輸示意圖如圖1所示。

圖1 InSight Connect數(shù)據(jù)傳輸示意圖

2.1 InSight連接技術(shù)

InSight是為了實現(xiàn)對用戶進(jìn)行規(guī)范數(shù)據(jù)采集和傳輸，并允許對燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)組關(guān)鍵信息進(jìn)行安全訪問、診斷和分析的一種連接方式。InSight系統(tǒng)工具顯示的是只讀數(shù)據(jù)，不允許對PLC設(shè)定值更改或?qū)ΜF(xiàn)場燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)進(jìn)行控制。所有傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息都會進(jìn)行保護(hù)，并簽訂安全合同和保密協(xié)議。

InSight 連接、傳輸技術(shù)對EHM技術(shù)的實施具有決定性作用，其應(yīng)具備以下特點(diǎn)：1)具有一個安全、規(guī)范的網(wǎng)絡(luò)連接，以確保數(shù)據(jù)傳輸渠道的安全、可靠；2)對用戶網(wǎng)絡(luò)資源的影響較小；3)能夠遠(yuǎn)程監(jiān)控、診斷和故障處理；4)將數(shù)據(jù)傳輸至遠(yuǎn)端處理中心，通過軟件自動對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；5)可以遠(yuǎn)程、實時查看和下載歷史數(shù)據(jù)、分析報告。

2.2 遠(yuǎn)程監(jiān)控和診斷

RM&D是EHM系統(tǒng)重要構(gòu)成部分，其包含監(jiān)測和診斷。TT4000顯示和監(jiān)測系統(tǒng)可以對機(jī)組實時運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和查看。用戶通過網(wǎng)絡(luò)可遠(yuǎn)程查看只讀模式下TT4000顯示的監(jiān)測數(shù)據(jù)，也可查看每個監(jiān)測點(diǎn)的歷史曲線或下載重要事件的詳細(xì)日志。RM&D系統(tǒng)的診斷功能可以自動對監(jiān)控中心數(shù)據(jù)庫利用數(shù)據(jù)簡化技術(shù)、統(tǒng)計工具和算式方程等方法處理分析，對需要評估的事項給出科學(xué)的診斷結(jié)果。

Titan 250壓縮機(jī)組監(jiān)控參數(shù)主要包括燃?xì)馔钙饺細(xì)鉁u輪和動力渦輪的轉(zhuǎn)速、天然氣流量和壓力、燃?xì)饬髁亢蛪毫Α⒒蜏囟群蛪毫?、燃?xì)馔钙胶蛪嚎s機(jī)的振動、壓氣機(jī)入口溫度和壓力、排氣溫度、排放物氮氧化物含量和壓縮機(jī)主次密封排放壓力等。

監(jiān)控參數(shù)通過InSight系統(tǒng)工具從用戶PLC上采集，暫時儲存在本地InSight接口模塊，經(jīng)InSight網(wǎng)關(guān)轉(zhuǎn)換后由雙重加密的公共安全網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)郊袛?shù)據(jù)庫，由分析人員進(jìn)行EHM技術(shù)分析。在分析過程中，利用智能分析軟件自動將實時接收的數(shù)據(jù)與燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)正常運(yùn)行工況下的期望值進(jìn)行對比并結(jié)合多個參數(shù)信息，提供更可靠的監(jiān)控能力。不論是正常工況下的偏差或由計算軟件觸發(fā)的報警都會及時提醒，分析人員會對監(jiān)測到的異常情況進(jìn)行診斷，并根據(jù)診斷報告與現(xiàn)場人員進(jìn)行溝通，診斷報告涵蓋了監(jiān)測到的異常情況、可能故障的描述以及排除方法或推薦的維修方案?，F(xiàn)場人員根據(jù)提供的解決方案實施后，遠(yuǎn)端監(jiān)控中心會根據(jù)接收到新的數(shù)據(jù)判斷出故障是否被排除。若故障仍存在，監(jiān)控中心將重新給出解決方案或安排工程師到現(xiàn)場檢查處理。

3 EHM技術(shù)應(yīng)用案例

將EHM技術(shù)應(yīng)用到燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)上，能夠遠(yuǎn)程監(jiān)測壓縮機(jī)組的運(yùn)行狀況和運(yùn)行趨勢。通過運(yùn)行數(shù)據(jù)分析，對設(shè)備健康狀況給出科學(xué)的評估。以下幾個案例說明 EHM在遠(yuǎn)端對機(jī)組進(jìn)行監(jiān)控和診斷，對故障識別有超前預(yù)警作用[4]。

1)案例1。2014年4月，當(dāng)系統(tǒng)監(jiān)測到壓縮機(jī)B機(jī)組投產(chǎn)后，排氣室附近的可燃?xì)怏w探頭檢測濃度持續(xù)偏高。壓縮機(jī)B機(jī)撬內(nèi)可燃?xì)鉂舛茸兓€如圖2所示。

圖2 壓縮機(jī)B機(jī)撬內(nèi)可燃?xì)鉂舛茸兓€

原因分析：懷疑燃燒室右側(cè)部分燃料管線有輕微泄露；懷疑該探頭零位漂移。

現(xiàn)場檢查處理：檢查了機(jī)撬內(nèi)所有燃料氣管線接頭，未發(fā)現(xiàn)任何接頭有松動；重新標(biāo)定了該氣體探頭，標(biāo)定后檢測數(shù)據(jù)恢復(fù)正常。

結(jié)論：機(jī)組長期放置后，探頭零位漂移。在故障出現(xiàn)的初期就得以檢查處理，避免了可燃?xì)馓筋^漂移造成機(jī)組的非計劃停機(jī)。

2)案例2。2014年4月，InSight系統(tǒng)監(jiān)測到壓縮機(jī)B機(jī)組投產(chǎn)后,3號軸承X向在機(jī)組備用時振動數(shù)據(jù)偏高。壓縮機(jī)B機(jī)3號軸承X方向振動變化曲線如圖3所示。

圖3 壓縮機(jī)B機(jī)3號軸承X方向振動變化曲線

原因分析：懷疑該振動探頭或線纜受到干擾。

現(xiàn)場檢查處理：檢查了控制盤內(nèi)對應(yīng)的振動卡件，附近未發(fā)現(xiàn)干擾源；將線纜改接到振動探頭內(nèi)的備用通道，之后振動值回到可接受的范圍。

結(jié)論：振動探頭內(nèi)正在使用的通道存在干擾現(xiàn)象。在故障出現(xiàn)的初期就得以檢查處理，提高了機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，保證了機(jī)組的正常運(yùn)行。

3)案例3。2014年6月，InSight系統(tǒng)監(jiān)測到壓縮機(jī)B機(jī)組起動后壓縮機(jī)防喘閥閥位反饋偏差過大，并觸發(fā)預(yù)設(shè)報警點(diǎn)。壓縮機(jī)B機(jī)防喘閥位置偏差曲線如圖4所示。

圖4 壓縮機(jī)B機(jī)防喘閥位置偏差曲線

原因分析：懷疑閥體內(nèi)出現(xiàn)異物造成閥位反饋異常；懷疑定位器工作不正?，F(xiàn)場檢查處理：對定位器重新進(jìn)行了標(biāo)定，標(biāo)定后閥位反饋恢復(fù)正常。

結(jié)論：防喘閥定位器零點(diǎn)漂移造成讀數(shù)異常。在故障出現(xiàn)的初期就得以檢查處理，避免了機(jī)組在后續(xù)運(yùn)行中出現(xiàn)非計劃停機(jī)。

4)案例4。2014年6月底，InSight系統(tǒng)監(jiān)測到壓縮機(jī)A機(jī)組起動后密封氣過濾器壓差比之前的數(shù)據(jù)大幅增加。壓縮機(jī)A機(jī)密封氣過濾器壓差變化曲線如圖5所示。

圖5 壓縮機(jī)A機(jī)密封氣過濾器壓差變化曲線

原因分析：本次起動之前并未對該過濾器的壓差變送器進(jìn)行任何維護(hù)工作，壓差變送器低壓側(cè)引壓管異物阻塞的可能性較低；該壓差壓力變送器有可能需要重新標(biāo)定；懷疑密封氣加載的瞬間過量異物造成過濾器壓差增加。

現(xiàn)場檢查處理：檢查了密封氣過濾器，發(fā)現(xiàn)濾芯污染嚴(yán)重。

結(jié)論：密封氣加載的瞬間管路內(nèi)過量異物造成過濾器壓差快速增加。在故障出現(xiàn)的初期就得以檢查處理，避免了過低的密封氣壓力供給造成機(jī)組的非計劃停機(jī)。

5)案例5。2014年12月底，InSight系統(tǒng)監(jiān)測到壓縮機(jī)A機(jī)組排氣端一次密封泄漏量快速上升并觸發(fā)報警值。壓縮機(jī)A機(jī)排氣端一次密封泄漏量變化曲線如圖6所示。

圖6 壓縮機(jī)A機(jī)排氣端一次密封泄漏量變化曲線

原因分析：檢查了同一時間段壓縮機(jī)軸承的振動數(shù)據(jù)，無異常，排除密封失效的可能性；確認(rèn)了放空管線內(nèi)無異物，確認(rèn)泄露量升高為真實值；與此參數(shù)相關(guān)的其他參數(shù)也同時有所升高，確認(rèn)該壓力變送器工作正常；懷疑密封氣和隔離氣內(nèi)含有雜質(zhì)，造成密封面泄露現(xiàn)場檢查處理：檢查了密封氣和隔離氣過濾器，發(fā)現(xiàn)濾芯污染嚴(yán)重；重新用酒精沖洗了密封氣密封和隔離氣密封，重新起機(jī)后泄漏量恢復(fù)正常。

結(jié)論：過濾器過臟，造成異物通過濾芯， 進(jìn)入到密封面，造成泄漏量快速增加。在故障出現(xiàn)的初期就得以檢查處理，避免了泄漏量持續(xù)升高造成機(jī)組的非計劃停機(jī)，或造成密封面的永久性損壞。

4 結(jié)語

EHM技術(shù)在燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)上的應(yīng)用所帶來的優(yōu)勢很明顯，未來會有在航空發(fā)動機(jī)、燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)等大型機(jī)組使用該技術(shù)[5]。

伴隨網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，EHM技術(shù)將和大數(shù)據(jù)和云計算結(jié)合起來，從而不斷提升分析能力，更早、更快地發(fā)現(xiàn)更多故障征兆，并進(jìn)行預(yù)警。EHM技術(shù)的發(fā)展使被監(jiān)控的機(jī)組設(shè)備具有更強(qiáng)的可用性和可靠性，同時也能更大地延長設(shè)備的使用壽命。

[1] 李春生, 張磊, 張雷.飛機(jī)健康實時監(jiān)控技術(shù)現(xiàn)狀[J].中國民用航空, 2013,16(10): 66-67.

[2] 王雙全.離心壓縮機(jī)選型對使用效率的影響[J].風(fēng)機(jī)技術(shù),1999,12(3):45-46.

[3] 章向榮,高鵬. 荔灣3-1燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)的選型及維修方案研究[J].機(jī)電設(shè)備,2014,13(2):44-46.

[4] 吉寧; 王磊; 孫雪瓊. 超大型管式段塞流捕集器的設(shè)計與應(yīng)用 [J].新技術(shù)新工藝, 2016(2): 55-60.

[5] 周利敏, 閆國華, 瞿紅春.一種云環(huán)境下的發(fā)動機(jī)健康管理系統(tǒng)及其應(yīng)用[J].計算機(jī)測量與控制, 2014,10(12): 3926-3928.

責(zé)任編輯 馬彤

吉 寧1，王景貴2，李保收1，石占慧1

(1.中海石油深海開發(fā)有限公司，廣東 深圳 518067；2.中海石油深圳分公司，廣東 深圳 518067)

設(shè)備健康管理技術(shù)的核心是利用InSight 連接技術(shù)，建立M2B專用安全網(wǎng)絡(luò)，將用戶本地PLC中采集的運(yùn)行數(shù)據(jù)實時傳輸至數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過后臺程序?qū)θ細(xì)馔钙綁嚎s機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程實時監(jiān)控和診斷。利用處理過的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)瞬態(tài)數(shù)據(jù)中的異常，提前進(jìn)行故障預(yù)警。根據(jù)預(yù)警信息，商議解決方案，及時進(jìn)行故障排除或提前安排維護(hù)計劃。設(shè)備健康管理技術(shù)的應(yīng)用提高了設(shè)備的可用性和可靠性，減少了售后服務(wù)工程師現(xiàn)場服務(wù)的次數(shù)，延長了設(shè)備大修的周期，極大地降低了運(yùn)行成本。

設(shè)備監(jiān)控管理技術(shù)；燃?xì)馔钙綁嚎s機(jī)；可用性；可靠性

Health Equipment Management Technology Application in the Gas Turbine Compressor

JI Ning1，WANG Jinggui2，LI Baoshou1，DAN Zhanhui1

(1.CNOOC Deepwater Development Limited, Shenzhen 518067， China；2.CNOOC Shenzhen Branch, Shenzhen 518067， China)

Equipment health management system is the "InSight Connect" technology, which establishes a private M2B supporting network. Using this supporting network, all the real-time running data retrieved from PLC is uploaded to InSight server, and analyzed by proprietary arithmetics. By analyzing the real-time running data, the operating parameters or equipment health are identified at earlier basis, and notifications are sent to all related parties. Based on the notifications, preventive maintenance plans can be scheduled ahead of time, maintain the health of equipment as well as minimizing the impact to plant production. The application of equipment health management technology will significantly reduce the operation cost by improving the overall availability and reliability of the equipment, reduce the FSR’s on-site service time and extending equipment overhaul cycle.

equipment health management， gas turbine compressor， availability， reliability

吉寧(1984-)，男，工程師，主要從事海洋油氣田開發(fā)等方面的研究。

2016-05-13

TH 45

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