陳本學 李忠良 駱敏珠 汪誠 張汀汀
中石油西南油氣田公司川中油氣礦遂寧采油氣作業(yè)區(qū),中國·四川 遂寧 629000
DPC-2803 整體式天然氣壓縮機在中國油氣田行業(yè)有著廣泛應用。該型壓縮機動力缸與壓縮缸共用一根曲軸,具有結(jié)構(gòu)復雜、振動大、易損件多等特點。針對該型壓縮機首次設(shè)計,安裝了在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)。在機組原有控制參數(shù)基礎(chǔ)上,完成機體振動、缸內(nèi)動態(tài)壓力、活塞桿位移等多源信號監(jiān)測,具備實時報警與自動診斷能力,實現(xiàn)了對機組運行狀態(tài)的全面監(jiān)測。
整體式天然氣壓縮機,在線監(jiān)測診斷,實時報警,自動診斷
往復式天然氣壓縮機在油氣田開采與天然氣輸送行業(yè)有著廣泛的應用,由于存在振動大、故障率高、易損件多的特點,天然氣壓縮機的檢維修周期較短,成本較高,給企業(yè)生產(chǎn)造成了不利影響[1-2]。隨著計算機技術(shù)和故障監(jiān)測診斷技術(shù)的發(fā)展,設(shè)備故障監(jiān)測診斷系統(tǒng)在石油石化行業(yè)已經(jīng)得到了普遍的應用[3-4]。據(jù)不完全統(tǒng)計,中國石油石化企業(yè)已有數(shù)千臺各型設(shè)備安裝了在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)。相比而言,油氣田領(lǐng)域的往復式天然氣壓縮機監(jiān)測診斷技術(shù)則相對落后,目前絕大多數(shù)機組還停留在依靠機組現(xiàn)有控制系統(tǒng)監(jiān)測常規(guī)溫度、壓力參數(shù)進行定值報警的階段,對壓縮機關(guān)鍵部件故障監(jiān)測效果較差,無法滿足企業(yè)安全生產(chǎn)的需求。
DPC-2803 整體式天然氣壓縮機是一型將發(fā)動機動力缸與壓縮機壓縮缸整體設(shè)計的壓縮機,動力缸與壓縮缸共用一根曲軸[5]。相比常規(guī)往復壓縮機,該型機組結(jié)構(gòu)復雜,易損部件不僅包括壓縮機的氣閥、活塞組件、填料等,還包括發(fā)動機火花塞、活塞組件、缸體等,其故障監(jiān)測難度要大于常規(guī)電機驅(qū)動的往復壓縮機[6-8]。機組現(xiàn)有監(jiān)測參數(shù)較少,以機組工藝狀態(tài)參數(shù)為主,故障監(jiān)測效果相對較差。為了提升機組的在線監(jiān)測診斷水平,結(jié)合DPC-2803 整體式天然氣壓縮機組實際運行狀態(tài),對機組在線監(jiān)測測點進行了布局設(shè)計,安裝在線監(jiān)測診斷系統(tǒng),應用相關(guān)診斷分析功能,實現(xiàn)了對機組運行狀態(tài)的有效掌握,為設(shè)備預知維修技術(shù)推廣應用奠定了基礎(chǔ)。
研究應用對象為一臺DPC-2803 型往復壓縮機,如圖1所示。該機組由3 個動力缸與2 個壓縮缸組成,機組關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與運行參數(shù)如表1所示。
圖1 DPC-2803 型整體式往復壓縮機
表1 機組關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與運行參數(shù)表
針對該機組為動力缸與壓縮缸整體式結(jié)構(gòu),在現(xiàn)有控制參數(shù)監(jiān)測的基礎(chǔ)上,新增測點及其監(jiān)測作用如表2所示。相比中國絕大多數(shù)往復壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng),本次安裝的測點以包含動力缸、壓縮缸氣缸動態(tài)壓力為特色。
表2 主要新增測點及其監(jiān)測作用對照表
在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)應用了當前最新的邊緣計算技術(shù),系統(tǒng)組成主要包括上述各型傳感器、信號電纜、邊緣計算設(shè)備、防爆箱、網(wǎng)絡設(shè)備、光纖、機柜、服務器等?,F(xiàn)場傳感器采集的各類信號經(jīng)過邊緣計算設(shè)備處理后進行本地存儲與遠程傳輸。設(shè)備管理人員從控制室操作站進行機組運行狀態(tài)分析,故障診斷專家通過網(wǎng)絡訪問數(shù)據(jù)服務器,使用專用分析診斷軟件進行遠程診斷?,F(xiàn)場設(shè)備安裝照片如圖2和圖3所示。
圖2 壓縮缸檢測傳感器安裝
圖3 鍵相、瞬時轉(zhuǎn)速傳感器安裝
本次應用的監(jiān)測診斷系統(tǒng)相比以往的監(jiān)測系統(tǒng),在如下四個方面具有顯著的特點和優(yōu)勢。
第一,應用邊緣計算技術(shù):相對以往數(shù)據(jù)采集器部署在控制室安全區(qū)域,本次安裝的在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)應用了具有本質(zhì)安全防爆認證的邊緣計算設(shè)備,將數(shù)據(jù)采集器直接部署在現(xiàn)場防爆環(huán)境中,減少了通過長距離電纜進行數(shù)據(jù)傳輸帶來的數(shù)據(jù)干擾和誤差等問題,提高了可靠性和穩(wěn)定性;并且具有本地存儲、電纜施工量少等優(yōu)勢。
第二,應用自動診斷技術(shù):本次應用的在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)應用了典型故障的自動診斷功能,在結(jié)合機組運行數(shù)據(jù)特性分析后,對自動診斷模型進行必要修正,可實現(xiàn)對氣閥故障、活塞組件故障、動力缸發(fā)火異常等進行自動診斷。
第三,應用能效監(jiān)測技術(shù):相對以往沒有動態(tài)壓力監(jiān)測,本次應用的監(jiān)測診斷系統(tǒng)新增了動力缸、壓縮缸動態(tài)壓力測點,利用動態(tài)壓力數(shù)據(jù)可進行機組運行能效的監(jiān)測與分析。
第四,應用多參數(shù)綜合監(jiān)測技術(shù):新增的測點與機組原有控制系統(tǒng)參數(shù)實現(xiàn)了融合,融合表現(xiàn)在可使用同一軟件平臺進行分析,故障自動診斷功能也基于多參數(shù)的監(jiān)測效果分別構(gòu)建了相關(guān)模型,并對診斷結(jié)果進行融合計算。
監(jiān)測診斷系統(tǒng)的實際應用主要包括以下三方面:
(1)現(xiàn)場設(shè)備員應用系統(tǒng)進行日常分析診斷,一方面對自動診斷結(jié)果進行人工復核,另一方面開展人工巡檢。
(2)遠程診斷人員進行機組運行狀態(tài)分析,撰寫報告、報表,為現(xiàn)場機組運維提供支持。
(3)在線監(jiān)測系統(tǒng)廠家進行培訓、定期回訪與遠程指導。
應用在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)分析軟件,對機組運行狀態(tài)數(shù)據(jù)進行實際分析:
(1)動力缸
動力缸總體工作穩(wěn)定,殼體振動加速度峰值與速度有效值均保持穩(wěn)定;從動力缸動態(tài)壓力分析,三個動力缸做功存在一定的不平穩(wěn),缸內(nèi)爆發(fā)壓力波動明顯,但是點火提前角較為穩(wěn)定,說明火花塞無故障。峰值壓力波動主要影響機組動力輸出,主要原因是各缸燃氣或空氣輸送機構(gòu)工作存在一定的差異性,導致動力缸內(nèi)燃燒過程不一致。目前,上述現(xiàn)象對機組正常工作影響不明顯,機組瞬時轉(zhuǎn)速波動較小,處于正常范圍內(nèi)。
(2)壓縮缸
壓縮缸總體工作穩(wěn)定,殼體振動加速度峰值在氣閥開啟、關(guān)閉角度存在一定波動,缸內(nèi)動態(tài)壓力、氣閥溫度等參數(shù)無異常;活塞桿位移波形與趨勢平穩(wěn),說明機組活塞組件、活塞桿無明顯異常。整體來看,動力缸主要部件工作穩(wěn)定。
相應圖譜及分析結(jié)果如圖4~8 所示。
圖4 機組監(jiān)測總貌圖
圖5 機組監(jiān)測趨勢圖
圖6 動力缸缸內(nèi)動態(tài)壓力波形圖
圖7 壓縮缸缸內(nèi)動態(tài)壓力波形圖
圖8 壓縮缸缸體振動波形
本項目是首次在DPC-2803 整體式天然氣壓縮機組安裝在線監(jiān)測診斷系統(tǒng),在新設(shè)備、新技術(shù)應用方面取得了突破。截止到目前,在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)已穩(wěn)定運行近一年。相對機組控制系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)偏重常規(guī)控制,存在對機組關(guān)鍵部件監(jiān)測效果有限的問題,本次安裝的在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)顯著地提升了對機組整體運行狀態(tài)與關(guān)鍵部件故障的監(jiān)測能力,對保障機組安全穩(wěn)定運行具有重要作用。后續(xù)將加強人員培訓與系統(tǒng)應用,促進設(shè)備監(jiān)測診斷新技術(shù)的推廣應用。