大型LNG接收站泵群状态监测系统的建立

杨春慧 侯振宇

(1.中国石化青岛液化天然气有限责任公司；2.通用电气检测控制技术(上海)有限公司)

大型LNG接收站泵群状态监测系统的建立

杨春慧1侯振宇2

(1.中国石化青岛液化天然气有限责任公司；2.通用电气检测控制技术(上海)有限公司)

通过总结低温泵的结构特点和监测难点，介绍了Bently System1状态监测系统的主要功能模块和技术特点，通过建立低温泵群网络化状态监测系统，实现了对LNG接收站关键机泵的在线监测、前期预警和故障诊断，为实施科学维修、优化机泵维护和保证机泵安全长周期运行提供了有效手段。

低温泵 LNG接收站 状态监测系统 网络化

随着我国国民经济的快速发展，对天然气、太阳能及风能等清洁能源的需求进一步增加，在能源消费稳步增长和大气环境治理的双重推动下，我国LNG产业发展迅速。在LNG运输和存储过程中，低温泵是整个工艺流程中的关键设备，更是保障接收站安全运行的核心。随着传感技术和信息化技术的不断完善，对设备实施状态监测已成为加强动设备专业化管理的一项重要内容，它直接反映企业设备管理的现代化水平。

Bently System1是BentlyNevada特殊设计开发的软件平台，允许用户选择不同的功能等级和软件包来获得适用于不同行业的组态、运行和维护功能。该系统在国内外关键设备上得到了广泛使用，为用户取得了良好的经济效益。

1 LNG低温泵运行特点与监测难点

LNG的特性是温度低，当天然气冷却至约-162℃时会由气态转变成液态，且具有无色、无味、无毒和无腐蚀性的特点。同时LNG极易汽化，很小的温升就会引起汽化现象[1]。由于LNG特殊的物理、化学性质，使得其物料输送泵与其他泵相比具有很多独特的特点[2]：泵体和电机完全浸没在LNG中，工作时噪声小；设备所需润滑由输送介质自身完成，无需设立独立的润滑油系统；电机与泵叶轮同轴，无需设置联轴器，无需考虑两轴对中问题；泵密封系统安全性要求极高；特殊的轴向平衡设计使得轴承的使用寿命被延长。

由于LNG泵结构和运行环境的特殊性，通常设备生产制造商会在泵或电机壳体上布置振动测点，然而实际上振动探头的数量和安装位置(电机顶部或底部等远离机泵叶轮或诱导轮的位置)均不能完全满足设备状态监测的需求。如果泵叶轮或诱导轮发生碰磨，振动会通过液体介质和中间结构件将振动信号传输到探头位置，导致振动信号大幅衰减或失真。另外，对该类设备实施状态监测的难点还在于，设备失效模式故障机理存在不确定性。因此，只有通过对LNG低温泵群实施在线状态监测，通过设置软报警、个性化报警等提前预警方式，不断总结信号特征进而分析、确定问题的根本原因，来确保设备运行的本质安全。

2 状态监测系统的建立

青岛某LNG接收站泵群状态监测系统(图1)关键低温泵共有38台，其中罐区低温潜液泵12台，用于将LNG储罐内的物料提高压力后输送至再冷凝器[3]，并利用LNG潜冷使储罐内挥发的蒸发气冷却；外输高压泵6台，用于将进入再冷凝器的LNG再次加压，经汽化工段后输送到前方各门站和最终用户；轻烃回收装置泵20台，用于提升LNG压力，利用LNG冷能。所有低温泵均安装有壳体振动探头，现场传感器测量的振动信号均输送到Bently3500机械保护系统中。

图1 LNG接收站泵群状态监测系统架构

Bently System1在线状态监测系统不需要增加任何外部数据采集装置，只需一根网线即可从3500瞬态数据接口模块将采集到的所有数据通过标准通信协议TCP/IP传输至系统数据采集服务器。由于完全是数字通信，因此保证了3500保护系统的安全性。System1软件基于组态中的设置对数据进行处理和存储，用户可通过显示客户端软件调取数据库中存储的历史数据，也可以查看实时数据。利用与System1在线状态监测系统配套的Citrix远程监控软件实现远程访问功能，使得在公司办公网内的任意一台计算机上均可以查看现场机泵的运行状态。

本特利数据采集装置内置于3500的各个4通道监测卡件中，每个4通道监测卡件上都有独立的专门用于状态监测的数据处理器DSP和存储缓存器，以确保所有通道的实时、并行数据采集。System1数据直接来源于3500框架，对现场传感器的原始信号进行及时可靠地分析后传输到System1服务器中。System1服务器断电后，数据将缓存在3500框架中，待服务器恢复后将数据重新上传到服务器。System1系统对机组进行状态监测的同时，还可以实时监测传感器和3500机组保护仪表系统的工作状态，以确保数据来源的可靠性。

LNG接收站泵群状态监测系统主要由组态模块、数据采集模块和显示客户端模块3部分构成[4]。

组态模块用于生成厂级方案以反映系统的整体结构、各部件和进入资产管理方案的设备。在组态软件中设置保护系统与System1软件应用程序之间的数据通信，建立组态数据库(包含所有的监测仪表信息和设备资产信息)。组态时首先进行企业层的布置(图2)，按设备类型结构进行分层设置，将核查和优化后的机械保护系统框架信息导入组态软件中，对仪表测点进行组态并配置瞬态数据接口采集组，最后将仪表测点与设备结构部件进行关联配对。

图2 系统企业层和仪表层布置组态

数据采集模块中，数据采集程序DAQ是System1系统的核心，一旦工厂或企业完成了System1数据采集软件模块的组态，系统便能够对System1数据库和各种不同数据源之间的数据流进行管理。一方面DAQ从各种数据源采集数据并把这些实时数据发送给显示客户端，另一方面根据组态数据库中存储的组态信息对输入数据进行处理，并将数据存储到SQL数据库中。

显示客户端模块中，System1显示软件是主要的用户接口模块，用于查看系统数据库中存储的信息。显示客户端可接收并显示来自一个企业的不同的DAQ实时数据，也可直接显示来自SQL数据库的历史数据。用户可以通过下拉菜单和图形图标快速进行显示界面(图3)信息查询。资产和数据值以企业层和视图层两种不同的方式呈现，显示被监测设备的总貌图、测点布置信息及测点状态信息等。通过系统事件管理器可以查看基于一定过滤条件下的事件信息和测点下的各种专业图谱(图4)，对设备运行故障进行根本原因分析，进而提高设备可靠性。

图3 系统设备显示界面

图4 振动测点波形频谱图

3 结束语

笔者通过建立LNG接收站泵群状态监测系统，实现了对LNG接收站关键机泵的在线监测。通过振动趋势预测和设备故障表现出的振动频谱、时域波形等特征，对机泵进行早期故障诊断，判断振动故障来源，并根据不同设备的运行状态采取相应的解决措施。同时根据分析结果，有针对性地准备有关零部件备件，从而大幅缩短盲目维修和突发性事故的停机时间，延长设备使用寿命，提高企业综合经济效益。

[1] 张翼飞,仝晓龙.液化天然气(LNG)输送泵的特点与应用[J].水泵技术,2006,(6):38～40.

[2] 梁骞,厉彦忠,谭宏博,等.潜液式LNG泵的结构特点及其应用优势[J].天然气工业,2008,28(2):123～125.

[3] 师铜墙,焦长安.大型液化天然气(LNG)接收站低温泵的工艺特性及选型[J].水泵技术,2012,(2):31～34.

[4] 谢春燕.GE-Bently System1状态监测系统应用经验[J].计算机光盘软件与应用,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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杨春慧(1972-)，高级工程师，从事自动控制与仪表维护工作。

联系人侯振宇(1980-)，工程师，从事仪表系统调试与设备故障诊断工作，houzhenyu010@163.com。