樊興科

（北京杰利陽能源設(shè)備制造有限公司，北京 100101）

1 概述

往復(fù)式壓縮機組作為一種通用機械，在社會經(jīng)濟發(fā)展和國民生活水平提高中具有重要的地位，廣泛應(yīng)用于石油化工行業(yè)，受早期生產(chǎn)制造技術(shù)和智能化技術(shù)的限制，設(shè)備所配置的儀表、閥門絕大部分需要人工就地操作，因此，壓縮機組日常維護操作需要依靠有一定經(jīng)驗的專業(yè)技術(shù)人才維護操作，而一位合格的壓縮機維護技術(shù)人員至少需要2 ～3 年的培養(yǎng)周期，人員培養(yǎng)成本非常高；并且其所使用的場所屬于高危環(huán)境，安全操作維護尤為重要；同時，油氣田分布點多面廣、戰(zhàn)線長的特性，需要大量的技術(shù)人員做日常操作維護；并且近年來，油氣田推行數(shù)字化、智能化和智慧油田的發(fā)展模式，氣田生產(chǎn)區(qū)域基本全部推行無人化管理，而作為集輸增壓的核心設(shè)備，壓縮機組的日常操作維護成為最大的制約條件。

早期油氣田發(fā)展迅猛，配置了大量智能性低的往復(fù)式壓縮機組，只有部分核心采氣工藝處理廠和儲氣庫所配置設(shè)備的智能性相對較高，且智能化技術(shù)作為當(dāng)下一個高端熱度技術(shù)課題，研究使用成本非常高，本文主要結(jié)合20 余年的壓縮機組技術(shù)維護管理經(jīng)驗，針對目前往復(fù)式壓縮機組日常操作維護的特性，通過運用最經(jīng)濟適用的智能化技術(shù)的升級改造，使得壓縮機組實現(xiàn)遠(yuǎn)程智能巡檢維護操作，從而提升壓縮機組的安全可靠性和降低日常維護管理成本，促進和提升油氣田智慧油田的發(fā)展腳步。

2 往復(fù)式天然氣壓縮機組智能性技術(shù)現(xiàn)狀

目前，集氣站所使用的往復(fù)式壓縮機組主要為整體式天然氣壓縮機組，控制系統(tǒng)采用西門子S7-300 系列可編程控制器，通過壓力變送器、熱電偶、熱電阻、開關(guān)量震動開關(guān)、轉(zhuǎn)速傳感器等部件實現(xiàn)壓縮機組啟運時和運行期間壓力、溫度、振動和轉(zhuǎn)速實時監(jiān)測，且PLC控制系統(tǒng)具備就地設(shè)置壓力、溫度、轉(zhuǎn)速報警保護功能，并通過MODBUS RTU 進行實時通訊，上位機可以通過PLC獲得機組所有運行信號，并可以下達(dá)遠(yuǎn)程啟停指令。

壓縮機組工藝進氣閥門、加載閥門、外輸閥門、放空閥門、燃料氣閥門及啟動氣閥門均為手動閥門，壓縮機組日常操作維護均需要人工就地操作；近年來，由于油氣田氣量衰減，部分集氣站需要頻繁調(diào)整壓縮機組運行工況，同時受冬季低溫影響，用戶生產(chǎn)單井易低溫凍堵，需要頻繁開關(guān)井，每次開關(guān)井操作時，場站需要維護人員配合手動操作控制壓縮機組進氣壓力，確保壓縮機組安全平穩(wěn)運行，而這個過程操作頻繁，持續(xù)時間2小時左右，基于最經(jīng)濟適用原則，場站推行多樣化智能化改造，實現(xiàn)機組生產(chǎn)氣量、進氣壓力遠(yuǎn)程自調(diào)節(jié)功能，解決場站壓縮機組生產(chǎn)工況頻繁變化的生產(chǎn)問題，以保障壓縮機組安全平穩(wěn)運行。

壓縮機組日常維護目前主要靠人發(fā)現(xiàn)問題進行處理和定期性預(yù)防維護保養(yǎng)，確保壓縮機組安全平穩(wěn)運行；而油氣田的特性“點多面廣、戰(zhàn)線長”需要大量的人力物力管理，目前的維護方式，制約性很大，由于生產(chǎn)跨度大和成本影響，壓縮機組僅依靠人的主管判斷維護，有很大的隨機性，存在過度維護缺陷，同時，致使人員疲于應(yīng)付日常性維護工作。

為了提升壓縮機組巡檢維護智能性，科學(xué)運用智能化工具與設(shè)備巡檢維護技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的方式，實現(xiàn)壓縮機組遠(yuǎn)程智能監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，遠(yuǎn)程預(yù)測診斷設(shè)備使用性能，更科學(xué)地安排人員對有隱患的設(shè)備進行專項巡檢維護，對于正常的設(shè)備減少維護頻次，有效降低維護人員成本和頻繁性日常維護工作成本，同時，提升設(shè)備運行安全可靠性和使用效能。人工主要巡檢內(nèi)容及智能性現(xiàn)狀如表1。

表1 人工主要巡檢內(nèi)容及智能性現(xiàn)狀

3 巡檢技術(shù)分析

3.1 智能巡檢技術(shù)介紹

智能巡檢主要利用智能語音識別、移動終端和中控端控制智能設(shè)備到指定的位置，通過關(guān)鍵技術(shù)準(zhǔn)確獲取外界環(huán)境信息，檢測對象相應(yīng)指標(biāo)數(shù)據(jù)，并將相關(guān)數(shù)據(jù)采集收集傳輸?shù)娇蛻舳?，是一種適用于多種環(huán)境下具備多種功能的移動設(shè)備。從移動方式上大致包括三種：軌道懸掛式、地面移動式以及管道滾動式。

視頻監(jiān)控采集數(shù)據(jù)，通過自帶攝像頭智能識別檢查項目，采集巡檢對象相關(guān)信息，并傳回相應(yīng)的數(shù)據(jù)；采集數(shù)據(jù)分析，將采集回來的數(shù)據(jù)分析判斷篩選，結(jié)果輸送到用戶客戶端，提高工作效率；自主導(dǎo)航回充，當(dāng)巡檢任務(wù)結(jié)束后，能夠根據(jù)充電樁發(fā)出的信號回航充電。

3.2 智能技術(shù)目標(biāo)與功能

（1）壓縮機組外觀檢查實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控檢查，確保存在隱患的設(shè)備第一時間得到巡檢維護，確保機組使用效能和安全可靠性。

（2）壓縮機日常油水液位實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，有針對性的補加油水液位，降低頻繁性維護成本。

（3）壓縮機組大部分漏點實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，確保漏點設(shè)備及時高效地得到維修解決，保障設(shè)備安全平穩(wěn)運行。

（4）解決油氣田壓縮機組無人化場站點多面廣、生產(chǎn)跨度大的維護管理成本和安全質(zhì)量問題，替代傳統(tǒng)的人工巡檢，降低維護成本和提高設(shè)備運行安全可靠性。

4 場站智能巡檢升級說明

4.1 主要改造內(nèi)容說明

人工智能產(chǎn)品為新型市場產(chǎn)物，其定制開發(fā)成本非常高，尤其智能運算和自診斷功能，費用幾百萬至幾千萬的成本，結(jié)合用戶生產(chǎn)實際情況和多年的設(shè)備維護自主管理成果，以最經(jīng)濟適用的方式，解決生產(chǎn)最實際迫切的問題，主要升級內(nèi)容如下。

（1）結(jié)合壓縮機組外觀和安裝使用場所特性，建議圍繞壓縮機組主要三面（飛輪端、空冷器、壓縮缸）增加U 型導(dǎo)軌和軌道巡檢機器人，實現(xiàn)手動和自動遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控設(shè)備使用運轉(zhuǎn)情況，同時具備拓展智能識別預(yù)警功能，根據(jù)用戶需求而定。

（2）通過遠(yuǎn)程視頻智能監(jiān)控，實現(xiàn)動力缸、飛輪、曲軸箱、壓縮缸、高位油箱、緩沖罐、分離器、風(fēng)機漲緊輪、水泵漲緊輪、皮帶等工藝管件的性能遠(yuǎn)程監(jiān)控，更精準(zhǔn)高效地維護管理設(shè)備，有效提升設(shè)備的安全可靠性。

（3）根據(jù)場站區(qū)域特性，智能升級建議選用防爆掛軌式巡檢機器人，設(shè)備本體無須改造，不會影響原設(shè)備使用性能和后期檢修維護，同時選用的防爆掛軌式巡檢機器人自帶客戶端和手機移動端，無須單獨開發(fā)，成本相對很低。

4.2 預(yù)期效益說明

（1）目前場站壓縮機組多數(shù)采用定期巡站服務(wù)模式，每臺機組每周巡檢至少2 次，每次巡檢需要4 人1輛車，生產(chǎn)跨度大的區(qū)域，為保證設(shè)備運行可靠性，需要設(shè)立多個巡站服務(wù)點，即需要多組人員同時開展日常巡檢維護工作；運用遠(yuǎn)程智能化巡檢技術(shù)后，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)針對性巡檢服務(wù)。如某區(qū)域有5座集氣站10 臺壓縮機組，場站跨度100km 以上，每次巡檢4 人1 輛車，至少需要2 天完成巡檢，智能化以后可以做針對性巡檢，1 天可完成所有站點機組巡檢，同時可以與定期預(yù)防維護維護相結(jié)合，縮減巡檢頻次，使維護人員有更多的精力做高價值的預(yù)知預(yù)防維修工作，提高設(shè)備使用的安全可靠性。

（2）油氣田多數(shù)場站均實現(xiàn)無人化技術(shù)服務(wù)模式，受定期巡檢的制約，設(shè)備部件的外觀性能失效存在很大的隨機性，而智能化后，可實現(xiàn)全天24 小時遠(yuǎn)程監(jiān)控和預(yù)警，可有效確保壓縮機組的安全可靠性，同時可高效率地維護管理設(shè)備，有效提升設(shè)備維護管理水平。

5 結(jié)語

早期場站所配置的壓縮機組智能性相對較低，需要人力成本較大，通過智能技術(shù)應(yīng)用，可以實現(xiàn)壓縮機組遠(yuǎn)程智能監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)，遠(yuǎn)程預(yù)測診斷設(shè)備使用性能，更科學(xué)地安排人員對有隱患的設(shè)備進行專項巡檢維護，對于正常的設(shè)備減少維護頻次，有效降低維護人員成本和頻繁性日常維護工作成本，同時提升設(shè)備運行安全可靠性和使用效能。