设备健康管理技术在燃气透平压缩机上的应用



设备健康管理技术在燃气透平压缩机上的应用

1 燃气透平压缩机在珠海高栏终端的应用

珠海高栏终端是目前国内最大的天然气处理终端，设计分为几个阶段：一期一阶段，外输干气的处理量为80亿方/a；一期二阶段，外输干气的处理量为120亿方/a。初期投产处理量只有36亿方/a。离心压缩机都有一个稳定运行的工况范围[2]，此项目压缩机在选型上除了考虑效率高、工况范围覆盖广和成本低等几个因素，还应满足设计规模下兼容最小气量的要求。根据生产工况，在对比了各个厂家的方案并对其经济性论证后，高栏终端选用了索拉公司的Titan250新型燃气透平压缩机[3]。

2 EHM技术

EHM技术主要是对设备运行状态和运行趋势的监控，帮助用户提高设备操作的安全性和可靠性，降低设备使用生命周期内的维护和操作费用。EHM技术包含3个组成部分：信息管理、远程监控和诊断(Remote Monitoring and Diagnostic，RM&D)以及现场评估。

EHM技术是通过网络连接建立现场设备机组与远端监控中心的数据采集、传输、过滤和处理，并根据处理结果进行预警、故障排除和安排维修等。Titan 250压缩机组实现此功能主要依靠InSight 连接技术：从用户机组PLC上读取的数据经过一个双重加密的专用格式和M2B专用网络传输至远端数据处理中心，并记录运行参数、识别主要偏差、进行各种数据分析和故障检测。数据传输示意图如图1所示。

图1 InSight Connect数据传输示意图

2.1 InSight连接技术

InSight是为了实现对用户进行规范数据采集和传输，并允许对燃气透平压缩机组关键信息进行安全访问、诊断和分析的一种连接方式。InSight系统工具显示的是只读数据，不允许对PLC设定值更改或对现场燃气透平压缩机进行控制。所有传输的数据信息都会进行保护，并签订安全合同和保密协议。

InSight 连接、传输技术对EHM技术的实施具有决定性作用，其应具备以下特点：1)具有一个安全、规范的网络连接，以确保数据传输渠道的安全、可靠；2)对用户网络资源的影响较小；3)能够远程监控、诊断和故障处理；4)将数据传输至远端处理中心，通过软件自动对数据进行处理；5)可以远程、实时查看和下载历史数据、分析报告。

2.2 远程监控和诊断

RM&D是EHM系统重要构成部分，其包含监测和诊断。TT4000显示和监测系统可以对机组实时运行数据进行监测和查看。用户通过网络可远程查看只读模式下TT4000显示的监测数据，也可查看每个监测点的历史曲线或下载重要事件的详细日志。RM&D系统的诊断功能可以自动对监控中心数据库利用数据简化技术、统计工具和算式方程等方法处理分析，对需要评估的事项给出科学的诊断结果。

Titan 250压缩机组监控参数主要包括燃气透平燃气涡轮和动力涡轮的转速、天然气流量和压力、燃气流量和压力、滑油温度和压力、燃气透平和压缩机的振动、压气机入口温度和压力、排气温度、排放物氮氧化物含量和压缩机主次密封排放压力等。

监控参数通过InSight系统工具从用户PLC上采集，暂时储存在本地InSight接口模块，经InSight网关转换后由双重加密的公共安全网络将数据传输到集中数据库，由分析人员进行EHM技术分析。在分析过程中，利用智能分析软件自动将实时接收的数据与燃气透平压缩机正常运行工况下的期望值进行对比并结合多个参数信息，提供更可靠的监控能力。不论是正常工况下的偏差或由计算软件触发的报警都会及时提醒，分析人员会对监测到的异常情况进行诊断，并根据诊断报告与现场人员进行沟通，诊断报告涵盖了监测到的异常情况、可能故障的描述以及排除方法或推荐的维修方案。现场人员根据提供的解决方案实施后，远端监控中心会根据接收到新的数据判断出故障是否被排除。若故障仍存在，监控中心将重新给出解决方案或安排工程师到现场检查处理。

3 EHM技术应用案例

将EHM技术应用到燃气透平压缩机上，能够远程监测压缩机组的运行状况和运行趋势。通过运行数据分析，对设备健康状况给出科学的评估。以下几个案例说明 EHM在远端对机组进行监控和诊断，对故障识别有超前预警作用[4]。

1)案例1。2014年4月，当系统监测到压缩机B机组投产后，排气室附近的可燃气体探头检测浓度持续偏高。压缩机B机撬内可燃气浓度变化曲线如图2所示。

图2 压缩机B机撬内可燃气浓度变化曲线

原因分析：怀疑燃烧室右侧部分燃料管线有轻微泄露；怀疑该探头零位漂移。

现场检查处理：检查了机撬内所有燃料气管线接头，未发现任何接头有松动；重新标定了该气体探头，标定后检测数据恢复正常。

结论：机组长期放置后，探头零位漂移。在故障出现的初期就得以检查处理，避免了可燃气探头漂移造成机组的非计划停机。

2)案例2。2014年4月，InSight系统监测到压缩机B机组投产后,3号轴承X向在机组备用时振动数据偏高。压缩机B机3号轴承X方向振动变化曲线如图3所示。

图3 压缩机B机3号轴承X方向振动变化曲线

原因分析：怀疑该振动探头或线缆受到干扰。

现场检查处理：检查了控制盘内对应的振动卡件，附近未发现干扰源；将线缆改接到振动探头内的备用通道，之后振动值回到可接受的范围。

结论：振动探头内正在使用的通道存在干扰现象。在故障出现的初期就得以检查处理，提高了机组运行数据的准确性，保证了机组的正常运行。

3)案例3。2014年6月，InSight系统监测到压缩机B机组起动后压缩机防喘阀阀位反馈偏差过大，并触发预设报警点。压缩机B机防喘阀位置偏差曲线如图4所示。

图4 压缩机B机防喘阀位置偏差曲线

原因分析：怀疑阀体内出现异物造成阀位反馈异常；怀疑定位器工作不正常现场检查处理：对定位器重新进行了标定，标定后阀位反馈恢复正常。

结论：防喘阀定位器零点漂移造成读数异常。在故障出现的初期就得以检查处理，避免了机组在后续运行中出现非计划停机。

4)案例4。2014年6月底，InSight系统监测到压缩机A机组起动后密封气过滤器压差比之前的数据大幅增加。压缩机A机密封气过滤器压差变化曲线如图5所示。

图5 压缩机A机密封气过滤器压差变化曲线

原因分析：本次起动之前并未对该过滤器的压差变送器进行任何维护工作，压差变送器低压侧引压管异物阻塞的可能性较低；该压差压力变送器有可能需要重新标定；怀疑密封气加载的瞬间过量异物造成过滤器压差增加。

现场检查处理：检查了密封气过滤器，发现滤芯污染严重。

结论：密封气加载的瞬间管路内过量异物造成过滤器压差快速增加。在故障出现的初期就得以检查处理，避免了过低的密封气压力供给造成机组的非计划停机。

5)案例5。2014年12月底，InSight系统监测到压缩机A机组排气端一次密封泄漏量快速上升并触发报警值。压缩机A机排气端一次密封泄漏量变化曲线如图6所示。

图6 压缩机A机排气端一次密封泄漏量变化曲线

原因分析：检查了同一时间段压缩机轴承的振动数据，无异常，排除密封失效的可能性；确认了放空管线内无异物，确认泄露量升高为真实值；与此参数相关的其他参数也同时有所升高，确认该压力变送器工作正常；怀疑密封气和隔离气内含有杂质，造成密封面泄露现场检查处理：检查了密封气和隔离气过滤器，发现滤芯污染严重；重新用酒精冲洗了密封气密封和隔离气密封，重新起机后泄漏量恢复正常。

结论：过滤器过脏，造成异物通过滤芯， 进入到密封面，造成泄漏量快速增加。在故障出现的初期就得以检查处理，避免了泄漏量持续升高造成机组的非计划停机，或造成密封面的永久性损坏。

4 结语

EHM技术在燃气透平压缩机上的应用所带来的优势很明显，未来会有在航空发动机、燃气透平压缩机等大型机组使用该技术[5]。

伴随网络技术的发展，EHM技术将和大数据和云计算结合起来，从而不断提升分析能力，更早、更快地发现更多故障征兆，并进行预警。EHM技术的发展使被监控的机组设备具有更强的可用性和可靠性，同时也能更大地延长设备的使用寿命。

[1] 李春生, 张磊, 张雷.飞机健康实时监控技术现状[J].中国民用航空, 2013,16(10): 66-67.

[2] 王双全.离心压缩机选型对使用效率的影响[J].风机技术,1999,12(3):45-46.

[3] 章向荣,高鹏. 荔湾3-1燃气透平压缩机的选型及维修方案研究[J].机电设备,2014,13(2):44-46.

[4] 吉宁; 王磊; 孙雪琼. 超大型管式段塞流捕集器的设计与应用 [J].新技术新工艺, 2016(2): 55-60.

[5] 周利敏, 闫国华, 瞿红春.一种云环境下的发动机健康管理系统及其应用[J].计算机测量与控制, 2014,10(12): 3926-3928.

责任编辑 马彤

吉 宁1，王景贵2，李保收1，石占慧1

(1.中海石油深海开发有限公司，广东 深圳 518067；2.中海石油深圳分公司，广东 深圳 518067)

设备健康管理技术的核心是利用InSight 连接技术，建立M2B专用安全网络，将用户本地PLC中采集的运行数据实时传输至数据服务器，通过后台程序对燃气透平压缩机组运行数据进行远程实时监控和诊断。利用处理过的运行数据进行分析，发现瞬态数据中的异常，提前进行故障预警。根据预警信息，商议解决方案，及时进行故障排除或提前安排维护计划。设备健康管理技术的应用提高了设备的可用性和可靠性，减少了售后服务工程师现场服务的次数，延长了设备大修的周期，极大地降低了运行成本。

设备监控管理技术；燃气透平压缩机；可用性；可靠性

Health Equipment Management Technology Application in the Gas Turbine Compressor

JI Ning1，WANG Jinggui2，LI Baoshou1，DAN Zhanhui1

(1.CNOOC Deepwater Development Limited, Shenzhen 518067， China；2.CNOOC Shenzhen Branch, Shenzhen 518067， China)

Equipment health management system is the "InSight Connect" technology, which establishes a private M2B supporting network. Using this supporting network, all the real-time running data retrieved from PLC is uploaded to InSight server, and analyzed by proprietary arithmetics. By analyzing the real-time running data, the operating parameters or equipment health are identified at earlier basis, and notifications are sent to all related parties. Based on the notifications, preventive maintenance plans can be scheduled ahead of time, maintain the health of equipment as well as minimizing the impact to plant production. The application of equipment health management technology will significantly reduce the operation cost by improving the overall availability and reliability of the equipment, reduce the FSR’s on-site service time and extending equipment overhaul cycle.

equipment health management， gas turbine compressor， availability， reliability

吉宁(1984-)，男，工程师，主要从事海洋油气田开发等方面的研究。

2016-05-13

TH 45

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