1、海洋石油作業平臺壓縮機運行的現狀

 

　　【壓縮機網】往復天然氣壓縮機是海洋油氣開發裝備中的關鍵設備，具有高度集成、高可靠性、高安全性的特點，同時往復式天然氣壓縮機在運行平穩性、振動控制方面有很高的要求。使用設備狀態監測監測的手段，可以提高設備運行可靠性，提高檢維修質量，也可以降低設備檢維修費用，并最終實現意外停機時間。

 

　　截至目前，國內海上油氣平臺用往復式天然氣壓縮機組僅限于振動、壓力、溫度等參數在線檢測與故障報警，沒有故障智能分析功能，只能進行事后的分析，從而失去了預知診斷的功能和意義。機組發生故障的時候只能停機檢修，而無法快速進行分析判斷，不利于海上平臺壓縮機組的平穩運行，并大大增加了機組故障維修的成本。壓縮機故障直接威脅海洋石油作業平臺的安全穩定運行，對海上生產意義重大，如何確保壓縮機安全穩定運行，對現場生存穩定具有重要意義。

 

　　隨著狀態監測技術的發展，使用狀態監測技術對關鍵設備進行預知預判，針對潛在故障可以提前采取檢維修措施，避免惡性事故的發生，并保證安全生產。這種維修模式就是從事后維修到定期維修到預知維修的轉換，對海洋石油作業平臺上關鍵的天然氣往復壓縮機開展在線監測技術研究，具有十分重要而積極的意義。
 

 

　　2、海洋石油作業平臺往復壓縮機組實施在線監測的難點

 

　　2.1 海洋石油作業平臺往復壓縮機常見故障分類

 

　　海洋石油作業平臺往復壓縮機常發故障包括氣閥損壞、活塞桿斷裂和拉伸、主軸承磨損、十字頭安裝和運行故障等，這些潛在故障提高了設備維修費用，還為生產組織帶來了各種安全隱患。根據近年針對海洋石油作業平臺天然氣往復壓縮機維修的統計，往復壓縮機常見故障中氣閥故障占比約65%，填料密封和氣缸環密封故障占比大約25%。故障原因除了過載、氣體介質異物進入、潤滑問題外，超過35%的原因和運行環境有關。歸納起來往復壓縮機設備故障分為3個方面。

 

　　（1）氣閥故障，主要表現為吸氣閥或者排氣閥泄漏、氣閥非正常啟閉、彈簧斷裂等故障；

 

　　（2）連桿和活塞桿等運動件異常振動故障，主要表現為十字頭瓦磨損、活塞環和填料環由于往復運動導致的密封失效、主軸承故障等；

 

　?。?）輔助部件故障，如無油流開關電池由于潮濕和腐蝕性的工作環境頻繁損壞，導致注油泵停車；

 

　　2.2 海洋石油作業平臺往復壓縮機實施在線監測的難點

 

　　海洋石油作業平臺離岸作業的特點對天然氣往復壓縮機實施在線監測帶來不便的方面主要體現在如下幾個方面：

 

　　（1）工況復雜多變。根據現場作業情況，氣量不夠穩定，氣體中含有較多雜質，如水分和硫化物等腐蝕性介質，這些現況的存在導致壓縮機平穩運行變得更加困難。因此，在不同工況下實現在線連續監測需要建立一套完整和智能的系統，實現數據可比性。

 

　　（2）機組運行環境。海洋石油作業平臺由于自身工作特點：一是環境潮濕，對設備和儀表容易造成影響；二是安裝空間緊湊，多機組同時運行可能互相干涉造成數據采集受到影響；三是壓縮機介質不穩定，容易含有較多水分，同時含有硫化物等腐蝕性氣體，因此對壓縮機易損件的影響與陸地機組不同。

 

　?。?）數據傳輸和安全。海洋石油作業平臺遠離陸地，數據傳輸的網絡帶寬受到限制，因此開發研究的在線監測系統必須具有數據本地存儲并方便轉輸的功能。

 

　?。?）管理體制和模式。平臺設備管理人員以倒班制為主，對往復機組在線監測系統的維護、數據管理和使用提出了更高的要求，在線監測系統必須在數據給誰看、看什么方面提出解決方案，根據現場實際采集數據由在線監測系統智能化給出診斷結論和維護建議，結論更容易被平臺設備管理人員讀懂、并采取必要的維護措施，是對在線監測系統的更高要求。

 

　　3、海洋石油作業平臺往復壓縮機組實施在線監測的技術路線選擇

 

　　根據上述分析，在針對海洋石油作業平臺天然氣往復壓縮機實施在線監測的技術選擇方面，重點要根據常發故障、機組實際難點、運行維護和可擴展推廣等多個角度加以考慮技術選擇、軟硬件功能設置等。

 

　　3.1 技術選擇

 

　　運動件故障主要包括十字頭銷敲擊、氣缸環磨損、十字頭大小頭瓦磨損、主軸承磨損或者安裝不當等。例如十字頭連桿軸瓦磨損問題，該問題與潤滑不良有關，導致該問題的原因很多，現場檢測時使用單一的振動測試方法，很難得出準確結論，必須結合活塞桿載荷分析，綜合分析活塞運動周期下的振動和其他參數變化，才能準確判斷這類問題。

 

　　氣缸內動態壓力信號監測技術，在壓縮缸壓力采集示功孔安裝測試閥采集缸內動態壓力，或者通過氣閥改造采集缸內動態壓力，可以做示功圖分析，同時對活塞桿受力情況進行計算。壓縮機活塞桿的受力主要是氣體作用力和慣性力承受來自氣體的合力，綜合使用該參數可以分析運動件故障。使用振動分析技術，分別振動傳感器采集振動信號，可以對包括、氣閥的開啟和關閉、十字頭沖擊、連桿大小頭瓦、活塞鎖母松動等故障進行分析。電機驅動端和自由端的振動傳感器主要用于監測電機的機械故障，如電機軸承故障、電機整體振動異常等。曲軸箱的振動傳感器主要監測曲軸的整體位移、軸承故障和地腳螺栓松動等故障。單純的從定相振動就可以區分出是哪個閥門出現了問題，定相振動對其他部件故障信號的分析也是基于此原理（核心是哪個時刻該出現的必須出現，不該出現的不能出現）；一旦氣閥出現泄漏，通過高頻振動信號或者超聲波信號即可明顯發現。

 

　　閥門泄漏規則：吸氣過程只有排氣閥泄漏，排氣過程只有吸氣閥泄漏，活塞環泄漏則會全程出現活塞桿沉降及運動軌跡分析技術，活塞桿運動監測是在正常運行轉速下對缸內活塞桿在整個沖程循環內的運行進行全過程監測。用以評估正常運行狀態下活塞桿的機械對中、形變和其與其他接觸部件之間的間隙，也能對壓縮機各機械傳動部件的狀態進行實時監測，如：十字頭、活塞環以及導向環，活塞桿填料磨損等。

 

　　一般的接近式電渦流傳感器只是利用接近傳感器信號中的直流組分來檢測其與活塞桿之間的垂直相對位置。不能反映像超高壓壓縮機這樣由于重載荷、高壓力導致的活塞桿水平形變，而且，一旦缸內出現諸如活塞桿附件裂紋、十字頭磨損這樣的機械損傷，傳感器采集的信號會很難辨識，給工作人員分析設備故障造成困惑。而動態活塞桿運動的檢測能有效利用電渦流接近傳感器的直流特性，從水平方向上直接反映壓縮機活塞桿在整個沖程循環下的運動軌跡和偏擺量。

 

　　3.2 測點布置軟硬件功能選擇

 

　　在線監測系統需滿足海洋石油作業平臺往復壓縮機在線監測需要，要求可實現現有機組常規監測測點信號接入，同時滿足新增振動監測、位移監測、鍵相監測、氣閥溫度監測要求。

 

　　投標方提供的數據采集系統應實現對現有測點的接入與在線監測，包括2組軸承溫度、機身振動、一級氣缸出口溫度、二級氣缸出口溫度、一級填料溫度、二級填料溫度、4路進排氣管路壓力，共計11個測點；同時，數據采集器應預留往復壓縮機十字頭振動、活塞桿沉降、氣閥溫度、鍵相、曲軸箱振動監測通道；系統的設計必須滿足現場防爆要求，具有高可靠性、產品成熟、性能穩定，保證系統長時間無故障運行。

 

　　數據采集設備或服務器必須具備本地存儲和分析功能。系統采用各功能模塊獨立的開發模式，采用中文顯示界面，設計友好；系統便于擴展，對于后續有其他類型機組需增加狀態監測系統，如往復壓縮機在線監測設備以及離線監測設備，可以再同一平臺下實現無縫對接，不需要采用不同平臺。

 

　　為了方便平臺現場工程師便捷實用，在線監測系統能夠自動處理監測參數實現一定程度的智能診斷。當監測系統自身出現異常狀況時，系統能夠自檢通訊異常、數據存儲異常等，能給出信息提示自檢信息。每一測點設置報警門限值和啟停車門限值；報警門限值能夠實現故障預警，并以此為依據實現聲音、短信、郵件等報警功能，報警形式包括連續報警、間斷報警或手動觸發報警；當設備出現事故時，系統可自動增加的數據采集密度，實現連續整周期采集。軟件系統應具有多機組在線監測診斷系統整合能力，可在同一平臺下完成各型機組報警、分析、診斷；可以顯示并處理如下數據：可概括顯示各個測點的基本數據，包括機組運行數據如轉速、時間和振動、溫度及工藝參數實時數據；機組運行狀態圖：實現各數據值趨勢分析；歷史比較圖：可以按照時間或者測點進行對比分析；單值棒圖：顯示活塞桿沉降量、振值等參數；活塞桿沉降和位移監測：可監測到活塞桿運動軌跡的數值趨勢、軌跡分析及；振動監測：可實現數值趨勢、波形分析；其它參數實時監測：可實現工藝量的趨勢分析；分析診斷報告、報表自動生成系統。軟件系統采用瀏覽器/服務器Browser/Server） 結構。用戶局域網上的計算機均可作為本系統的本地監測瀏覽站。

 

　　系統須具備通過互聯網或遠程撥號進行遠程診斷、遠程維護和遠程升級功能。

 

　　4、結論和建議

 

　　作為海洋石油作業平臺的關鍵機組，天然氣往復壓縮機運行維護的狀態直接關系到平臺安全可靠運行，實施在線監測可以有效實時監測機組運行狀態，提前預知故障，為維修維護和備件準備、人員安排和實施等提供科學依據和保障，是未來實現數字化作業平臺的關鍵一環。

 

　　參考文獻

　　[1] 劉衛華，郁永章.往復壓縮機故障示功圖診斷法研究[J].壓縮機技術，2001，06：9-11.

　　[2] 劉衛華，郁永章.往復壓縮機故障診斷方法研究[J].壓縮機技術，2001，01：3-5.

　　[3] 金富余，等.往復壓縮機故障診斷實例[J].壓縮機技術，2010，04.

　　[4] 朱榮乾，張慶龍.往復壓縮機典型故障特征分析與診斷實例[J].壓縮機技術，2010，（1 ）：45-48.