李進

（中海油能源發(fā)展裝備技術有限公司，天津 300450）

1 工藝要求

作為浮式液化天然氣生產(chǎn)儲卸裝置（FPSO),其上面的工藝流程復雜、設備眾多。 設備的安全運行對于海洋石油油氣的安全生產(chǎn)具有重要影響。 海洋石油某FPSO 針對天然氣壓縮機機組設計電機-齒輪箱-螺桿壓縮機機組。 由于設備關鍵性高、維修不便、備件周期長等因素，需要對該機組開展預測性維修， 提高設備完整性管理水平。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

2.1 機組結構參數(shù)

該機組為兩級雙螺桿壓縮機，機組簡要技術參數(shù)見表1 所示。

表1 雙螺桿壓縮機機組簡要參數(shù)

2.2 在線監(jiān)測系統(tǒng)設計

該機組是旋轉設備，包含電機、齒輪箱、壓縮機三部分。 文獻[1]、[2]、[3]已證實，振動監(jiān)測能夠?qū)崿F(xiàn)對該類型機組的有效監(jiān)測和診斷。因此在機組軸承座位置安裝振動加速度傳感器采集電機、齒輪箱、壓縮機的振動狀態(tài)參數(shù)。 由于該機組屬于海洋石油A 類關鍵機組， 該機組的平穩(wěn)安全運行對于海洋石油的安全生產(chǎn)有著重要影響。因此采用在線監(jiān)測的方式搭建振動監(jiān)測系統(tǒng)，做到對機組的預測性維修。

由于海洋石油主要采用海底光纜、 衛(wèi)星、微波等通訊方式，但已建成的信息網(wǎng)絡逐漸顯示出其承載能力的不足[4]。 為了提升現(xiàn)場數(shù)字化服務和完整性管理能力，保障系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲和處理的及時有效，建立分層分布式的網(wǎng)絡架構。 在線監(jiān)測系統(tǒng)架構見圖1 所示。

圖1 在線監(jiān)測系統(tǒng)架構

根據(jù)以上設計，雙螺桿壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)界面見圖2 所示。圖2 能夠顯示機組的測點布置和實時狀態(tài)監(jiān)測。 在該機組三部分中，齒輪箱與壓縮機的診斷相對復雜，利用時域波形可以初步判斷故障是否存在，進一步通過頻域分析可以判斷出故障部位和故障原因[5]。 擁有增速齒輪的雙螺桿壓縮機需要區(qū)分工頻、 齒輪箱故障頻率、軸承故障頻率、雙桿嚙合頻率等，因此有效的頻率分析是雙螺桿壓縮機故障診斷的關鍵。

圖2 壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)

3 機組數(shù)據(jù)分析與評估

該機組齒輪箱、一級及二級壓縮機測點振動數(shù)據(jù)對比之前2019年11-12月份運行數(shù)據(jù)有升高趨勢，但本次振動總值升高后機組運行趨勢較穩(wěn)定。 結合機組自身特點和工況，振動數(shù)據(jù)雖有所上升，發(fā)現(xiàn)整體尚屬于許可范圍。 第一次數(shù)據(jù)變化狀態(tài)見圖3 所示。

圖3 機組第一次數(shù)據(jù)變化趨勢

2020年1月21-29日， 在線監(jiān)測工程師在值班時連續(xù)發(fā)現(xiàn)進口壓縮機B 機組齒輪箱和一級及二級壓縮機測點振動數(shù)據(jù)比1月20日之前有明顯升高趨勢， 且本次機組齒輪箱和壓縮機振動總值呈緩慢上升趨勢。 上升趨勢圖見圖4。一級壓縮機速度頻譜中主要為223.69 Hz 的頻率及其諧波， 二級壓縮機速度頻譜中主要是211.26 Hz 的頻率及其諧波； 加速度頻譜中主要為1000-5000 Hz 峰值突出， 時域波形存在明顯的沖擊現(xiàn)象。 加速度頻譜中主要為270.29 Hz 的頻率及其諧波。

圖4 第二次數(shù)據(jù)變化趨勢

在1月29日接到預警后， 停機并根據(jù)診斷的結論意見和維修建議對機組拆檢，發(fā)現(xiàn)該機組齒輪箱齒輪齒面有銹蝕情況，齒輪箱潤滑油雜質(zhì)較多；一級壓縮機驅(qū)動端軸承滾道有剝落。 現(xiàn)場更換齒輪箱潤滑油和一級壓縮機驅(qū)動端軸承。

設備拆檢完后再次啟動運行，于3月18-19日第三次發(fā)現(xiàn)進口壓縮機機組二級壓縮機測點振動突變上升，監(jiān)測工程師緊急預警通知石油平臺現(xiàn)場緊急關停設備。二級壓縮機加速度總值上升到100 m/s2左右，二級壓縮機速度頻譜中主要是211.26 Hz 的頻率及其諧波。 加速度頻譜中1000-5000 Hz 峰值突出，時域波形存在明顯的周期性沖擊現(xiàn)象。加速度頻譜和加速度包絡頻譜中221.26 Hz 頻率8-10 倍頻諧波峰值明顯。 第三次預警狀態(tài)監(jiān)測頻譜見圖5 所示。異常數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)特征表明機組二級螺桿壓縮機的驅(qū)動端（即靠近齒輪箱側）軸承存在嚴重的磨損。

圖5 第三次異常數(shù)據(jù)頻譜

根據(jù)在線監(jiān)測系統(tǒng)的持續(xù)的異常數(shù)據(jù)分析與診斷結論， 反映機組的軸承存在故障問題，現(xiàn)場設備管理人員對機組進行了拆檢，發(fā)現(xiàn)軸承故障，與在線監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析的故障結論一致。

4 結語

文中根據(jù)某FPSO 壓縮機建立基于振動監(jiān)測的在線監(jiān)測系統(tǒng)， 能夠獲得設備狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)。通過對機組運行中存在的異常狀態(tài)數(shù)據(jù)分析評估，診斷設備的狀態(tài)和存在的故障。 通過現(xiàn)場拆檢，證實數(shù)據(jù)分析的準確性。 因此基于振動監(jiān)測的在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠為海洋石油設備運行安全提供保障。