一種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統和方法與流程
2023-11-04 15:37:03 2
本發明涉及外輸泵機組在線監測領域，具體涉及一種外輸泵機組在線監測故障智能診斷系統和方法。
背景技術：
長慶油田外輸主泵機組關鍵絕大部分來自世界各地的知名企業，造價昂貴、機組長期24小時連續、高轉速工作，設備維護異常重要、艱巨。一旦損壞或意外停機，不僅直接損失巨大而且造成整線停產的間接損失更加無法估計。外輸泵機組沒有監測，個別泵組基於單一數據的採集和限位保護，沒有專門的在線監測故障智能診斷系統；大部分長期振動超標，同時浪費大量的電能，由於各參數的相關度不高，有時也會因誤報或誤操作引發停車，進而迫使全線計劃外停輸。一但關鍵機組停機也將造成重大的經濟損失，有時還會帶來人員傷亡和嚴重的環境汙染，以往計劃性維修手段無法滿足設備高效運行的生產模式。通過文獻查新，結果表明國內在這一領域尚未開展深入研究，目前國內沒有全面地掌握油田外輸泵機組運行信息，借鑑已出現的故障的識別、判斷和解決問題經驗的在線監測系統。國外針對振動頻譜分析為主的精細化連續在線監測系統逐漸成為主流監測技術，以智能預知維護為主導的大型設備安全監測系列儀器系統是該類產品的典型代表，而本發明是外輸泵組在線監測故障智能診斷維修專家系統。
綜上所述，亟需一種新的外輸泵機組在線監測故障智能診斷技術來滿足油田發展的要求。
技術實現要素：
本發明的目的是克服油田外輸主泵機組沒有專一的在線監測故障智能診斷系統、長期振動超標、存在不安全且浪費電能、容易引起停輸造成損失等問題，提供一種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統和方法。
本發明的技術方案是提供了一種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統，包括外輸泵機組、採集器、多口轉發器、就地監控單元和遠程監控單元。所述外輸泵機組包括相連接的電機和外輸泵，外輸泵上設有檢測振動複合傳感器，所述檢測振動複合傳感器與採集器電連接，所述採集器、就地監控單元和遠程監控單元都電連接於多口轉發器。
所述就地監控單元包括中控室計算機和工程師站上位機，所述中控室計算機和工程師站上位機都用於數據存儲和監控，中控室計算機還可就地診斷出外輸泵機組故障，並將數據上傳至數位化網絡中。
所述遠程監控單元包括Web伺服器和遠程診斷中心，所述Web伺服器用於遠程監測外輸泵機組運行情況並存儲數據，進行Web發布，所述遠程診斷中心用於遠程數據存儲和監測，並且及時診斷外輸泵機組故障結果。
所述中控室計算機和遠程診斷中心都設置有資料庫單元、數據採集單元、狀態監測單元、動平衡計算單元和分析診斷單元。
所述外輸泵機組可以為單組或者多組。
所述外輸泵前後端的水平方向和處置方向上均設有檢測振動複合傳感器，所述檢測振動複合傳感器包括振動加速度傳感器、溫度傳感器、轉速傳感器和壓力傳感器，是一種同時能檢測出振幅、加速度、溫度、轉速和壓力一體化特種複合傳感器，經過ATEX防爆認證。
所述採集器上設置有防爆箱。
一種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷方法，其特徵在於：包括以下步驟：
步驟1）在外輸泵機組的外輸泵上裝上檢測振動複合傳感器，將檢測振動複合傳感器電連接於採集器，並將採集器、就地監控單元和遠程監控單元都電連接於多口轉發器；
步驟2）採集器採集到檢測振動複合傳感器的信號並將其轉化為數據， 傳輸至多口轉發器；
步驟3）多口轉發器將數據傳輸至就地監控單元，中控室計算機和工程師站上位機就可以同時進行數據存儲和監控，工程師站上位機還可就地診斷出外輸泵機組的各種故障，並將數據上傳至數位化網絡中，同時就地操作人員根據診斷出的故障結果並進行指導性維修；
步驟4）多口轉發器同時還將數據通過油田專網光纖上傳至遠程監控單元，Web伺服器和遠程診斷中心同時進行數據存儲和監控，Web伺服器對數據還可進行Web發布，遠程診斷中心能實現外輸泵機組狀態監測、數據分析和故障遠程診斷結果。
所述步驟2）中的數據包括外輸泵前端和後端的實時運行狀況，具體包括振動振幅數據、加速度數據、轉速數據、壓力數據和溫度數據。
本發明的有益效果：
(1)本發明提供的這種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統和方法可以實現外輸泵機組的運行狀態的監測、設備故障的及時發現和原因分析以及設備預知性維修的指導，徹底解決了外輸泵機組已有的故障問題。
(2)本發明提供的這種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統和方法採用的遠程診斷中心針對機組不同的運行狀態，自動存儲有關數據，形成各種資料庫。可以實現設備運行狀態的監測、設備故障的及時發現和原因分析以及設備預知性維修的指導。
(3)本發明提供的這種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統和方法可以同時監測單組或多組外輸泵機組，通過在外輸泵前後端的水平方向和垂直方向上均設有檢測振動複合傳感器，可以及時發現和診斷外輸泵機組存在的質量不平衡、初始彎曲、熱彎曲、葉片脫落、不對中、油膜振蕩、汽流激振、電磁激振、摩擦、軸瓦鬆動和共振等故障情況並及時報警和提出指導性的處理意見，從而避免非計劃停機，提高生產效率。
(4)本發明提供的這種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統和方法通過在採集器上設置有防爆箱，提高了系統的安全可靠性，本發明所採用的採集器為分布式振動數據智能採集器，其振動數據採集系統是一款適應於油田現場的工況，功能強大的數據採集器，利用了多年以來製造大型旋轉設備振動保護裝置的經驗，從設計，採購，生產等多環節保障了產品質量的可靠性和穩定性。
以下將結合附圖對本發明做進一步詳細說明。
附圖說明
圖1是本發明外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統的結構示意圖；
附圖標記說明：1、Web伺服器；2、遠程診斷中心；3、中控室計算機；4、多口轉發器；5、工程師站上位機；6、採集器；7、電機；8、外輸泵；9、檢測振動複合傳感器。
具體實施方式
實施例1：
為了克服油田外輸主泵機組沒有專一的在線監測故障智能診斷系統、長期振動超標、存在不安全且浪費電能、容易引起停輸造成損失等問題，本實施例提供了一種如圖1所示的外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統，包括外輸泵機組、採集器6、多口轉發器4、就地監控單元和遠程監控單元。所述外輸泵機組包括相連接的電機7和外輸泵8，外輸泵8上設有檢測振動複合傳感器9，所述檢測振動複合傳感器9與採集器6電連接，所述採集器6、就地監控單元和遠程監控單元都電連接於多口轉發器4。
本發明的這種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷方法，包括以下步驟：
步驟1）在外輸泵機組的外輸泵8上裝上檢測振動複合傳感器9，將檢測振動複合傳感器9電連接於採集器6，並將採集器6、就地監控單元和遠程監控單元都電連接於多口轉發器4；
步驟2）採集器6採集到檢測振動複合傳感器9的信號並將其轉化為數據， 傳輸至多口轉發器4，採集器6採集到的數據包括外輸泵8前端和後端的實時運行狀態的數據，包括振動振幅數據、加速度數據、轉速數據、壓力數據和溫度數據；
步驟3）多口轉發器4將數據傳輸至就地監控單元，就地監控單元包括中控室計算機3和工程師站上位機5，所述中控室計算機3和工程師站上位機5都用於數據存儲和監控，中控室計算機3還可就地診斷出外輸泵機組的各種故障，並將數據上傳至數位化網絡中，同時就地操作人員根據診斷出的故障結果並進行指導性維修；
步驟4）多口轉發器4同時還將數據通過油田專網光纖上傳至遠程監控單元，所述遠程監控單元包括Web伺服器1和遠程診斷中心2，所述Web伺服器1用於遠程監測外輸泵機組運行情況並存儲數據，進行Web發布，遠程診斷中心2用於遠程數據存儲和監測，實現外輸泵機組狀態監測、數據分析和故障遠程診斷結果。
本發明的這種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統可以實現外輸泵機組的運行狀態的監測、設備故障的及時發現和原因分析以及設備預知性維修的指導，徹底解決了外輸泵機組已有的故障問題。同時實現外輸泵機組未來的零故障率，實現外輸泵機組振動值降到國際振動烈度標準（ISO2372）以下。更好的掌握輸油泵機組的狀態變化及發展趨勢，防範事故於未然，消滅事故在萌芽，從而避免重大事故的發生，減少事故的危害性。並且這種智能診斷方法操作簡便，提高了管理效率，大大延長外輸機組的運行壽命，延長維修周期，減少外輸泵組設備的意外停機事故，提前做好外輸泵組設備維護的準備工作，使設備維護工作的效率極大提高，具有良好的推廣價值。
實施例2：
本實施例提供了一種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統，進一步的，所述中控室計算機3和遠程診斷中心2都設置有資料庫單元、數據採集單元、狀態監測單元、動平衡計算單元和分析診斷單元，且這些單元均為專用單元，屬於現有技術。
其中，資料庫單元用於數據的存儲，它由升降速資料庫、歷史資料庫及事件資料庫等組成，它根據機組的不同狀態把有關數據存到不同的資料庫中，以便於後續分析。數據採集單元還包括設置單元，數據採集單元用於數據採集，它能自動識別機組的運行狀態，如開停機、升降速及正常或異常狀態，並根據機組的狀態通過數據採集箱進行數據採集。在穩定運行狀態下，數據採集箱以定時方式進行採集，而在升降速狀態下則根據轉速的變化進行採集；對於齒輪箱、滾動軸承等設備採用高速加密採集。採集到的數據經過狀態監測單元和動平衡計算單元得到數據，根據資料庫單元的資料庫進行分類，最後分析診斷單元進行分析診斷。狀態監測單元具有多畫面監測功能，採用樹狀設備導航結構，可以按照工藝流程進行監測畫面的編輯和設置。系統具有仿真主監視圖，棒圖，數據和事件列表，曲線等形式顯示測點的狀態，出現異常對應報警的圖標自動進行顏色異常顯示。分析診斷單元含有強大的軸承資料庫分析系統和專家故障診斷分析系統資料庫，能夠為分析診斷提供詳實依據，分析診斷單元主要對各種數據進行在線或離線分析，以判斷機組的運行狀態並能自動給出機組故障原因和處理意見。
遠程診斷中心2具有多種數據存儲方式：等時間間隔採樣存儲、等轉速間隔採樣存儲、等負荷間隔採樣存儲、報警存儲和人工方式存儲數據。
等時間間隔採樣指機組在穩態運行時（轉速在設定的轉速上限和轉速下限之間），每經過一段時間，在歷史資料庫中存儲一組數據；
等轉速間隔採樣指機組在瞬態開停機運行時（轉速在設定的轉速上限之上或轉速下限之下），轉速每變化△RPM，在開停機資料庫中存儲一組數據；
報警存儲是當設備出現報警時自動存儲數據，形成黑匣子資料庫；
人工存儲是根據需要存儲數據，可以將機組第一次啟動數據作為原始比較數據進行存儲。時間、轉速和負荷的變化量以及報警值、轉速上限、轉速下限、△RPM均可由用戶在系統中進行設置。
遠程診斷中心2針對機組不同的運行狀態，自動存儲有關數據，形成各種資料庫。可以實現設備運行狀態的監測、設備故障的及時發現和原因分析以及設備預知性維修的指導。
實施例3：
本實施例提供了一種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統，所述外輸泵機組可以為單組或者多組。本發明的這種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統可以同時監測單組或多組外輸泵機組。
進一步的，所述外輸泵8前後端的水平方向和垂直方向上均設有檢測振動複合傳感器9，所述檢測振動複合傳感器9包括振動加速度傳感器、溫度傳感器、轉速傳感器和壓力傳感器一體化特種複合傳感器，經過ATEX防爆認證。
本發明中使用的傳感器，是一種內置IEPE電路、結構先進的機電一體化的壓電振動測量傳感器、感溫傳感器、霍爾傳感器和壓變傳感器。敏感原理系利用無源壓電晶體的正壓電效應，敏感結構採用先進的剪切結構，通過IEPE將壓電晶體的輸出電荷轉換為與振動量成正比的低阻電壓信號。可直接匹配儀表顯示讀數、記錄、數據採集器進行採集分析，經合適的儀表或軟體可擴展測量速度、位移等參數。由於傳感器中的敏感元件採用P5壓電陶瓷晶體，該晶體為功能陶瓷晶體,屬於脆性非金屬材料，無明顯的機械屈服極限和塑性變形，在允許使用的應力範圍內，屬於無疲勞材料，其本體金屬材料——不鏽鋼亦具有較高的機械強度，加之壓電結構本身無活動部件，故使用壽命極長。該傳感器為中心單敏感測量的加速度傳感器，可測量直立方向的振動，也可水平安裝檢測水平方向的振動，如果需檢測有角度的振動，則應將傳感器藉助工裝沿著振動方向感受即可測量。由於該產品體積小、剛度大、頻響寬，電壓靈敏度高、壽命長、低阻抗（＜100Ω＝信號傳輸、密封性好、安裝可靠、接線使用方便，敏感無源等一系列優點。溫度檢測採用感溫傳感器來完成，壓力檢測採用矽晶體的壓阻效應壓力傳感器來完成，轉速檢測採用開關型霍爾傳感器來完成。現場採用世界上第一片支持「一線總線」接口的數字方式傳輸，大大提高了系統的抗幹擾性。電纜線採用屏蔽4芯雙絞線，其中一對線接地線與信號線，另一對線接VCC和地線，屏蔽層在源端單點接地。
通過在外輸泵8前後端的水平方向和處置方向上均設有檢測振動複合傳感器9，可以及時發現和診斷外輸泵機組存在的質量不平衡、初始彎曲、熱彎曲、葉片脫落、不對中、油膜振蕩、汽流激振、電磁激振、摩擦、軸瓦鬆動和共振等故障情況並及時報警和提出指導性的處理意見，從而避免非計劃停機，提高生產效率。
實施例4：
本實施例提供了一種外輸泵機組在線監測故障的智能診斷系統，為了提高該系統的安全可靠性，所述採集器6上設置有防爆箱。
本發明所採用的採集器為分布式振動數據智能採集器，其振動數據採集系統是一款適應於油田現場的工況，功能強大的數據採集器。利用了多年以來製造大型旋轉設備振動保護裝置的經驗，從設計，採購，生產等多環節保障了產品質量的可靠性和穩定性。
振動數據智能採集器的有以下優點：
1、極高的硬體可靠性：用製造大型機組保護系統的工藝來生產了數據採集設備，擁有超高的穩定性和可靠性。
2、嚴格的EMC設計：設計源頭就充分考慮了EMC指標，並通過了國家權威部門的認證。
3、「無縫」數據採集技術：智能採集器具有無縫數據採集技術，即可以對所有通道進行不間斷的數據採集與傳輸。無限長的最大數據長度。
4、全工業級晶片，超寬溫度適應範圍，保障了系統的穩定性。
5、超高速數據採集速率：高達400K的數據採集速率，能夠保障系統具有超高的分析頻率能力。
以上例舉僅僅是對本發明的舉例說明，並不構成對本發明的保護範圍的限制，凡是與本發明相同或相似的設計均屬於本發明的保護範圍之內。