楊春慧 侯振宇

(1.中國石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司；2.通用電氣檢測控制技術(shù)(上海)有限公司)

大型LNG接收站泵群狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立

楊春慧1侯振宇2

(1.中國石化青島液化天然氣有限責(zé)任公司；2.通用電氣檢測控制技術(shù)(上海)有限公司)

通過總結(jié)低溫泵的結(jié)構(gòu)特點和監(jiān)測難點，介紹了Bently System1狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能模塊和技術(shù)特點，通過建立低溫泵群網(wǎng)絡(luò)化狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對LNG接收站關(guān)鍵機泵的在線監(jiān)測、前期預(yù)警和故障診斷，為實施科學(xué)維修、優(yōu)化機泵維護和保證機泵安全長周期運行提供了有效手段。

低溫泵 LNG接收站 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng) 網(wǎng)絡(luò)化

隨著我國國民經(jīng)濟的快速發(fā)展，對天然氣、太陽能及風(fēng)能等清潔能源的需求進一步增加，在能源消費穩(wěn)步增長和大氣環(huán)境治理的雙重推動下，我國LNG產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速。在LNG運輸和存儲過程中，低溫泵是整個工藝流程中的關(guān)鍵設(shè)備，更是保障接收站安全運行的核心。隨著傳感技術(shù)和信息化技術(shù)的不斷完善，對設(shè)備實施狀態(tài)監(jiān)測已成為加強動設(shè)備專業(yè)化管理的一項重要內(nèi)容，它直接反映企業(yè)設(shè)備管理的現(xiàn)代化水平。

Bently System1是BentlyNevada特殊設(shè)計開發(fā)的軟件平臺，允許用戶選擇不同的功能等級和軟件包來獲得適用于不同行業(yè)的組態(tài)、運行和維護功能。該系統(tǒng)在國內(nèi)外關(guān)鍵設(shè)備上得到了廣泛使用，為用戶取得了良好的經(jīng)濟效益。

1 LNG低溫泵運行特點與監(jiān)測難點

LNG的特性是溫度低，當(dāng)天然氣冷卻至約-162℃時會由氣態(tài)轉(zhuǎn)變成液態(tài)，且具有無色、無味、無毒和無腐蝕性的特點。同時LNG極易汽化，很小的溫升就會引起汽化現(xiàn)象[1]。由于LNG特殊的物理、化學(xué)性質(zhì)，使得其物料輸送泵與其他泵相比具有很多獨特的特點[2]：泵體和電機完全浸沒在LNG中，工作時噪聲??；設(shè)備所需潤滑由輸送介質(zhì)自身完成，無需設(shè)立獨立的潤滑油系統(tǒng)；電機與泵葉輪同軸，無需設(shè)置聯(lián)軸器，無需考慮兩軸對中問題；泵密封系統(tǒng)安全性要求極高；特殊的軸向平衡設(shè)計使得軸承的使用壽命被延長。

由于LNG泵結(jié)構(gòu)和運行環(huán)境的特殊性，通常設(shè)備生產(chǎn)制造商會在泵或電機殼體上布置振動測點，然而實際上振動探頭的數(shù)量和安裝位置(電機頂部或底部等遠離機泵葉輪或誘導(dǎo)輪的位置)均不能完全滿足設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測的需求。如果泵葉輪或誘導(dǎo)輪發(fā)生碰磨，振動會通過液體介質(zhì)和中間結(jié)構(gòu)件將振動信號傳輸?shù)教筋^位置，導(dǎo)致振動信號大幅衰減或失真。另外，對該類設(shè)備實施狀態(tài)監(jiān)測的難點還在于，設(shè)備失效模式故障機理存在不確定性。因此，只有通過對LNG低溫泵群實施在線狀態(tài)監(jiān)測，通過設(shè)置軟報警、個性化報警等提前預(yù)警方式，不斷總結(jié)信號特征進而分析、確定問題的根本原因，來確保設(shè)備運行的本質(zhì)安全。

2 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)的建立

青島某LNG接收站泵群狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)(圖1)關(guān)鍵低溫泵共有38臺，其中罐區(qū)低溫潛液泵12臺，用于將LNG儲罐內(nèi)的物料提高壓力后輸送至再冷凝器[3]，并利用LNG潛冷使儲罐內(nèi)揮發(fā)的蒸發(fā)氣冷卻；外輸高壓泵6臺，用于將進入再冷凝器的LNG再次加壓，經(jīng)汽化工段后輸送到前方各門站和最終用戶；輕烴回收裝置泵20臺，用于提升LNG壓力，利用LNG冷能。所有低溫泵均安裝有殼體振動探頭，現(xiàn)場傳感器測量的振動信號均輸送到Bently3500機械保護系統(tǒng)中。

圖1 LNG接收站泵群狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)架構(gòu)

Bently System1在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)不需要增加任何外部數(shù)據(jù)采集裝置，只需一根網(wǎng)線即可從3500瞬態(tài)數(shù)據(jù)接口模塊將采集到的所有數(shù)據(jù)通過標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議TCP/IP傳輸至系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集服務(wù)器。由于完全是數(shù)字通信，因此保證了3500保護系統(tǒng)的安全性。System1軟件基于組態(tài)中的設(shè)置對數(shù)據(jù)進行處理和存儲，用戶可通過顯示客戶端軟件調(diào)取數(shù)據(jù)庫中存儲的歷史數(shù)據(jù)，也可以查看實時數(shù)據(jù)。利用與System1在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)配套的Citrix遠程監(jiān)控軟件實現(xiàn)遠程訪問功能，使得在公司辦公網(wǎng)內(nèi)的任意一臺計算機上均可以查看現(xiàn)場機泵的運行狀態(tài)。

本特利數(shù)據(jù)采集裝置內(nèi)置于3500的各個4通道監(jiān)測卡件中，每個4通道監(jiān)測卡件上都有獨立的專門用于狀態(tài)監(jiān)測的數(shù)據(jù)處理器DSP和存儲緩存器，以確保所有通道的實時、并行數(shù)據(jù)采集。System1數(shù)據(jù)直接來源于3500框架，對現(xiàn)場傳感器的原始信號進行及時可靠地分析后傳輸?shù)絊ystem1服務(wù)器中。System1服務(wù)器斷電后，數(shù)據(jù)將緩存在3500框架中，待服務(wù)器恢復(fù)后將數(shù)據(jù)重新上傳到服務(wù)器。System1系統(tǒng)對機組進行狀態(tài)監(jiān)測的同時，還可以實時監(jiān)測傳感器和3500機組保護儀表系統(tǒng)的工作狀態(tài)，以確保數(shù)據(jù)來源的可靠性。

LNG接收站泵群狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)主要由組態(tài)模塊、數(shù)據(jù)采集模塊和顯示客戶端模塊3部分構(gòu)成[4]。

組態(tài)模塊用于生成廠級方案以反映系統(tǒng)的整體結(jié)構(gòu)、各部件和進入資產(chǎn)管理方案的設(shè)備。在組態(tài)軟件中設(shè)置保護系統(tǒng)與System1軟件應(yīng)用程序之間的數(shù)據(jù)通信，建立組態(tài)數(shù)據(jù)庫(包含所有的監(jiān)測儀表信息和設(shè)備資產(chǎn)信息)。組態(tài)時首先進行企業(yè)層的布置(圖2)，按設(shè)備類型結(jié)構(gòu)進行分層設(shè)置，將核查和優(yōu)化后的機械保護系統(tǒng)框架信息導(dǎo)入組態(tài)軟件中，對儀表測點進行組態(tài)并配置瞬態(tài)數(shù)據(jù)接口采集組，最后將儀表測點與設(shè)備結(jié)構(gòu)部件進行關(guān)聯(lián)配對。

圖2 系統(tǒng)企業(yè)層和儀表層布置組態(tài)

數(shù)據(jù)采集模塊中，數(shù)據(jù)采集程序DAQ是System1系統(tǒng)的核心，一旦工廠或企業(yè)完成了System1數(shù)據(jù)采集軟件模塊的組態(tài)，系統(tǒng)便能夠?qū)ystem1數(shù)據(jù)庫和各種不同數(shù)據(jù)源之間的數(shù)據(jù)流進行管理。一方面DAQ從各種數(shù)據(jù)源采集數(shù)據(jù)并把這些實時數(shù)據(jù)發(fā)送給顯示客戶端，另一方面根據(jù)組態(tài)數(shù)據(jù)庫中存儲的組態(tài)信息對輸入數(shù)據(jù)進行處理，并將數(shù)據(jù)存儲到SQL數(shù)據(jù)庫中。

顯示客戶端模塊中，System1顯示軟件是主要的用戶接口模塊，用于查看系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中存儲的信息。顯示客戶端可接收并顯示來自一個企業(yè)的不同的DAQ實時數(shù)據(jù)，也可直接顯示來自SQL數(shù)據(jù)庫的歷史數(shù)據(jù)。用戶可以通過下拉菜單和圖形圖標(biāo)快速進行顯示界面(圖3)信息查詢。資產(chǎn)和數(shù)據(jù)值以企業(yè)層和視圖層兩種不同的方式呈現(xiàn)，顯示被監(jiān)測設(shè)備的總貌圖、測點布置信息及測點狀態(tài)信息等。通過系統(tǒng)事件管理器可以查看基于一定過濾條件下的事件信息和測點下的各種專業(yè)圖譜(圖4)，對設(shè)備運行故障進行根本原因分析，進而提高設(shè)備可靠性。

圖3 系統(tǒng)設(shè)備顯示界面

圖4 振動測點波形頻譜圖

3 結(jié)束語

筆者通過建立LNG接收站泵群狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)，實現(xiàn)了對LNG接收站關(guān)鍵機泵的在線監(jiān)測。通過振動趨勢預(yù)測和設(shè)備故障表現(xiàn)出的振動頻譜、時域波形等特征，對機泵進行早期故障診斷，判斷振動故障來源，并根據(jù)不同設(shè)備的運行狀態(tài)采取相應(yīng)的解決措施。同時根據(jù)分析結(jié)果，有針對性地準(zhǔn)備有關(guān)零部件備件，從而大幅縮短盲目維修和突發(fā)性事故的停機時間，延長設(shè)備使用壽命，提高企業(yè)綜合經(jīng)濟效益。

[1] 張翼飛,仝曉龍.液化天然氣(LNG)輸送泵的特點與應(yīng)用[J].水泵技術(shù),2006,(6):38～40.

[2] 梁騫,厲彥忠,譚宏博,等.潛液式LNG泵的結(jié)構(gòu)特點及其應(yīng)用優(yōu)勢[J].天然氣工業(yè),2008,28(2):123～125.

[3] 師銅墻,焦長安.大型液化天然氣(LNG)接收站低溫泵的工藝特性及選型[J].水泵技術(shù),2012,(2):31～34.

[4] 謝春燕.GE-Bently System1狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用經(jīng)驗[J].計算機光盤軟件與應(yīng)用,2014,(19):86～87.

TheEstablishmentofConditionMonitoringSystemofthePumpGroupsinLNGReceivingStation

YANG Chun-hui1, HOU Zhen-yu2

TH3；TH862

B

1000-3932(2017)07-0679-04

2017-02-27，

2017-05-27)

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楊春慧(1972-)，高級工程師，從事自動控制與儀表維護工作。

聯(lián)系人侯振宇(1980-)，工程師，從事儀表系統(tǒng)調(diào)試與設(shè)備故障診斷工作，houzhenyu010@163.com。