【精品】油田注水系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測及故障診斷主要內(nèi)容[1]do__c

1、注水系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測及故障診斷技術(shù)在油田的應(yīng)用一、注水系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)的概述長期以來，油田注水系統(tǒng)運(yùn)行的維護(hù)，主要是出人工巡冋檢查，依靠傳統(tǒng)的 聽、摸、看等簡單手段來判斷設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的好壞，憑經(jīng)驗(yàn)來判斷設(shè)備故障。而 電機(jī)和系統(tǒng)的振動(dòng)變化情況一般很難感覺出來，因此，經(jīng)常出現(xiàn)各種故障（如注 水泵抱軸、傷軸、報(bào)廢、注水管線破裂等問題），常常處于被動(dòng)的檢修狀態(tài)。這 樣，既不能保證故障檢測的準(zhǔn)確性和檢修的及時(shí)性，給檢修工作帶來很大麻煩， 而且述因?yàn)椴考冃位驌p壞難以保證檢修質(zhì)量，經(jīng)常出現(xiàn)二次檢修，給實(shí)際工作 帶來很人不便和較人的壓力，也對(duì)生產(chǎn)帶來嚴(yán)重的安全隱患。同時(shí)無形中對(duì)操作 人員的技能經(jīng)驗(yàn)提出了較高的要

2、求，增大了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度和對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生一 定的影響。因此，面對(duì)以上實(shí)際情況，能夠精確反映出注水系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，能將注水 系統(tǒng)的運(yùn)行故障及時(shí)反映出來，能夠進(jìn)行預(yù)知檢修，以免故障擴(kuò)大，變以前被動(dòng) 檢修為主動(dòng)檢修，什么時(shí)候檢修和檢修什么，便于油田及時(shí)采取相應(yīng)的措施。因此我們公司開發(fā)了注水系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，對(duì)注水系統(tǒng)的振動(dòng) 情況進(jìn)行在線監(jiān)測，根據(jù)振動(dòng)情況的變化，來判斷注水系統(tǒng)的運(yùn)行狀況。通過在 采油三廠靖三聯(lián)的試運(yùn)行，達(dá)到了預(yù)想的目的，試驗(yàn)效果良好。二、系統(tǒng)振動(dòng)原理在采油三廠的注水系統(tǒng)中，注水動(dòng)力絕人部分是由喂水泵（人排量、低揚(yáng)程 離心泵）和注水泵（高排量、高揚(yáng)程柱塞泵）組成。注水系統(tǒng)的振

3、動(dòng)是該系統(tǒng)內(nèi) 能量轉(zhuǎn)換（注水泵將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為水的動(dòng)能）過程中的機(jī)械沖擊和流體在流動(dòng)過 程屮產(chǎn)生脈動(dòng)共同作用的結(jié)果。但由于系統(tǒng)在不同的運(yùn)行時(shí)間和運(yùn)行條件下，其 振動(dòng)和噪聲都是通過相應(yīng)的元部件或液壓工質(zhì)產(chǎn)生激振，進(jìn)一步傳遞到注水泵殼 體上。理論上講，只要得出各振動(dòng)元件的傳遞特性，那么激振源信號(hào)引起的泵殼 振動(dòng)特性就可以推導(dǎo)出來了，但是由于構(gòu)成泵體的元部件多，且形狀各異，元件 作為彈性體，其振動(dòng)特性復(fù)雜。要利用各元部件的振動(dòng)特性，得出系統(tǒng)的振動(dòng)規(guī) 律是非常困難的。該振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)從振動(dòng)源分析著手，尋求系統(tǒng)的振動(dòng)原理，進(jìn) 而為減小振動(dòng)和減小因劇烈振動(dòng)給生產(chǎn)帶來的負(fù)面影響。液壓泵是液壓系統(tǒng)的振動(dòng)源，當(dāng)液壓

4、泵發(fā)生故障時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)必定發(fā)生變化。 不同的故障和同一故障的不同階段，引起不同頻率段振動(dòng)量的不同程度增加。注 水系統(tǒng)在高液壓作用下，個(gè)部件承受強(qiáng)大的動(dòng)載荷以高值應(yīng)力。隨著泵的高速運(yùn) 動(dòng)，這種強(qiáng)大的動(dòng)載荷所產(chǎn)生的擾動(dòng)成為周期性的激振力，因而激發(fā)出多種不同 形式的振動(dòng)與沖擊。最終表現(xiàn)為泵殼的振動(dòng)并輻射出噪聲。其主要原因有泵的流 量和壓力變化脈動(dòng)引起的擾動(dòng)。三、注水系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測現(xiàn)場試驗(yàn)2005年，針對(duì)采油三廠靖三聯(lián)對(duì)注系統(tǒng)振動(dòng)大，導(dǎo)致注水泵檢修頻繁，管線 時(shí)常因振動(dòng)而破裂等問題，我們公司開發(fā)了注水系統(tǒng)振動(dòng)監(jiān)測技術(shù)，對(duì)靖三聯(lián)注 水系統(tǒng)運(yùn)行過程中的振動(dòng)悄況進(jìn)行監(jiān)測，以注水泵振幅人小作為故障診斷的依據(jù)。

5、注水泵振動(dòng)監(jiān)測說明圖1#夢道監(jiān)測內(nèi)容：注水泵曲軸磨損、松動(dòng)、變形或軸體出現(xiàn)裂紋 囂欝詈監(jiān)測內(nèi)容：(1)注水泵柱塞出現(xiàn)磨損、松動(dòng)，楔的松動(dòng)， 酬通道排液閥、進(jìn)液閥的工作故障。(2)注水泵整體環(huán)境振動(dòng)監(jiān)測，由于泵體是振 動(dòng)源，因此連接注水泵的進(jìn)、出水管道會(huì) 因振動(dòng)而出現(xiàn)裂紋甚至破裂。e-bofecliiioloqir1、系統(tǒng)原理振動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)現(xiàn)場振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行在線適時(shí)監(jiān)測，泵的軸向轉(zhuǎn)速由電渦流傳 感器測量，泵出口壓力脈動(dòng)由壓力傳感器測沱、泵殼體的振動(dòng)由加速度計(jì)檢測。 振動(dòng)傳感器準(zhǔn)確可靠的將檢測到的各種振動(dòng)信號(hào)快速傳遞到信號(hào)接收系統(tǒng)，接收 系統(tǒng)經(jīng)過對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行幅值域、時(shí)域和頻域的多種分析處理，其

6、中，功率 譜、相關(guān)函數(shù)和傳遞函數(shù)等，都是以4或8為基的fft算法。為了減小fft算法 中的泄漏，有多種窗函數(shù)（矩形窗、三角窗、漢明窗、海寧窗、凱澤窗及切比雪 夫窗等）供需要加以選擇。經(jīng)過系統(tǒng)自動(dòng)分析轉(zhuǎn)換，現(xiàn)場儀表用振動(dòng)變送器以振 動(dòng)大小和對(duì)應(yīng)的420ma標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)信號(hào)，輸出運(yùn)行設(shè)備的振動(dòng)大小以及故障振動(dòng) 的特點(diǎn)，以直觀的振動(dòng)圖象輸出。該系統(tǒng)可由一臺(tái)pc （主機(jī)）與一臺(tái)或多臺(tái)振動(dòng)監(jiān)測儀通過rs485構(gòu)成局域網(wǎng)方 式連接，構(gòu)成振動(dòng)監(jiān)測自動(dòng)顯示、分析、報(bào)警、故障告知和預(yù)檢點(diǎn)指示等綜合監(jiān) 測系統(tǒng)。2、遠(yuǎn)程監(jiān)測、診斷整體結(jié)構(gòu)框圖根據(jù)系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)的功能，實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖如圖所示:注 水 泵、

7、 喂 水 泵、 髙 壓 閥 組 狀 態(tài) 參振動(dòng)壓力過科杲振動(dòng)壓力振動(dòng)變送器> 壓力變送器流量流量過程量流:址變送器e信b3800顯a號(hào)示，傳報(bào)輸警，數(shù) 據(jù) 存 儲(chǔ)數(shù)據(jù) 處理顯示 分析 打印 報(bào)告1. 互聯(lián)網(wǎng)2. 企業(yè)局域網(wǎng)圖2： eb38oo遠(yuǎn)程監(jiān)測與診斷系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖12廠it an2t oil3 廠3t iflxl4廠< nn5廠st fflil6 r6# fflil7廠tfiliit8si r99 iflxfi9 rm通道10 r io# iiii11 r li#通道12 r 12# a®13 廠 13sis m廠1ui1道 150 廠 lsfifiji16 廠故

8、障時(shí)，i#泵數(shù)值波峰在靖三聯(lián)注水振動(dòng)檢測過程中，在試運(yùn)行的38天時(shí)間里，運(yùn)用該原理，分別 檢測出注水泵進(jìn)液閥故障、泵運(yùn)行溫度過高和銅壓冒故障等預(yù)知性故障，共計(jì)預(yù) 知性檢修10余次，經(jīng)現(xiàn)場證實(shí)，該系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確、及時(shí)的反映運(yùn)行屮因振動(dòng)而產(chǎn) 生的對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行產(chǎn)生的負(fù)效應(yīng)。詳細(xì)監(jiān)測效果如下圖表所示：表1 對(duì)i #注水泵監(jiān)測情況及預(yù)處理結(jié)果序號(hào)監(jiān)測到故障時(shí) 間監(jiān)測內(nèi) 容處理建議處理結(jié)果19月20日17:30:012#數(shù)值波峰超 過標(biāo)準(zhǔn)值現(xiàn)場檢查注水泵頭（柱 塞閥）更換進(jìn)液閥檢修維 護(hù)后恢復(fù)正常29 刀 17 h21:36:593#數(shù)值波峰超 過標(biāo)準(zhǔn)值現(xiàn)場檢查注水泵頭（柱 塞閥）更換排液閥檢修維 護(hù)后恢復(fù)正

9、常注水系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，監(jiān)測到i#注水泵的波形圖為如下所示意:匚)育衆(zhòng)尢標(biāo)p旻示標(biāo)尺p »(asnf9廠 wim 廠2il道 p 3# ilia r 4# iixi r stiiii r 6# iiii 廠廠8io r 9# io < r 10# iflxfi r nt lixfi ： r 12#通這 o r 道 ：廠皿道 ；廠i湖1道r 1沁道青景網(wǎng)格光標(biāo) p顯示標(biāo)尺 p數(shù)值跑隨故障時(shí)，i#泵數(shù)值波峰對(duì)ii #注水泵監(jiān)測情況及預(yù)處理結(jié)果序號(hào)監(jiān)測到故障時(shí)間監(jiān)測內(nèi) 容處理建議處理結(jié)果19h 17 h19:16:265#數(shù)值波峰超 過標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場檢查注水泵 整體運(yùn)行情況泵體溫度過高 暫停

10、運(yùn)行，待 溫度卜降后即 可恢復(fù)運(yùn)行9月17日22:25:166#數(shù)值波峰超 過標(biāo)準(zhǔn)9 月 17 口03:08:187#數(shù)值波峰超 過標(biāo)準(zhǔn)29 h 28 1=111:40:306#數(shù)值波峰超 過標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場檢查注水泵 頭（柱塞閥）更換銅壓帽檢 修維護(hù)后恢復(fù) 正常39月24日16:27:107#數(shù)值波峰超 過標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)場檢查注水泵 頭（柱塞閥）更換進(jìn)液閥檢 修維護(hù)后恢復(fù) 正常注水系統(tǒng)產(chǎn)生故障時(shí)，監(jiān)測到ii#注水泵的波形圖為如卜所示意1 廠!通逼2 廠2f iis3 o r4 廠a jsj£5 ps#6 廠匕遇適t 廠to nate 超勢 8(2005-09-04 15)8:53 200510 1

11、3 10:13:37)8幽廠8#11山9 廠9#遇圧10 廠lofilx>n«r11*ibdl12 廠129ifi連t3o r13心|g廠14mlisiso rlsmliliso r «r pm8煙p顯示標(biāo)尺p跑值跟腌5002qlfl1 or2 廠3 or6 ”« ar1» ilifl 2» all 3« i&ilst ilil“ ad “ iftilm ilil x aifi10 b r io« ais11 廠 ii# ilia12 r 12# ilifl130 r hfifijs nor m祖s isor

12、is確也160 r飆ori8 tcsp旻示標(biāo)尺p數(shù)值恩ft!： 00ih(2oos-o9-4m isx)0:s3 2005 i0u3 10:13:37)1 r u aii2 廠 ail a r »5 r 5f ltd6 廠 m llilt p 7f all8 廠 8f lllfl9 r ilifl100 r 10t lldlhb r h aiinor!« r kmbji isor iwai iso r iwdji« oruilil2 or2am3 ora 11*< 廠<«iui5 bpm il>l« s2)6 bpm llil

13、tt ct)7 bp7t 1uis.95) orm nmg 廠w uh10 r iot liii11 廠 hi 114112 廠 i»iia no r iwiai l<o r ktilis iso 廠 iwaai 16(3 r 151*dw»orwpp二號(hào)泵5#、6#、7# 9月17 fl通道趨勢圖1 or ltiu2 廠 20 1u3 or 3t iula 廠 silils or6 p m 1111(5 n)7 廠 ilil e a r m 11119 廠 willi10 r lotiiii hb r ne 1111 12廠 12s1u >30 r i施i u

14、or luiti iso r i沁 « rwiow8竝p if.wrp1 or 1*nil2 廠 “3 or »ail < ar uiin5 廠 mllil6 廠 mflilt p tt iliio 38)8 廠 mibil9 廠 ailil10 r iot ah hb r nt iiii u r iw aii nor imtiii “o 廠i$o r isaui wo r i沁o” ofw ««p顯矛"尺->0s (200s-09-04 im*s3 2005-10*13 10:1x3"f »0dim曲線屮直觀的

15、顯示了注水泵監(jiān)測點(diǎn)振動(dòng)的波動(dòng)速度，及振動(dòng)能量在頻率區(qū)段 的分布情況。經(jīng)過現(xiàn)場振動(dòng)監(jiān)測試驗(yàn)，現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)了成功的預(yù)警檢測，可以得出以下結(jié)論（也 是該監(jiān)測系統(tǒng)能夠成功監(jiān)測系統(tǒng)故障的原理）：1、由于功率譜線均為泵柱塞的基頻的諧波，且隨轉(zhuǎn)速的變化而發(fā)生偏移；2、隨著轉(zhuǎn)速的增加，振動(dòng)的功率譜屮柱塞泵基頻高次諧波的能量變?nèi)耍?、通過壓力與殼體振動(dòng)關(guān)系試驗(yàn)得到，柱塞泵売體振動(dòng)的強(qiáng)度隨壓力升高而 加強(qiáng)，而加速度的功率譜線的能量分布不隨壓力變化而改變；4、通過轉(zhuǎn)速與売體振動(dòng)關(guān)系試驗(yàn)得到：泵柱塞的基頻諧波，且隨轉(zhuǎn)速的變化 而發(fā)生偏移。另外，隨著轉(zhuǎn)速的增加，振動(dòng)的功率譜屮柱塞基頻高次諧波 的能量變?nèi)恕?、注水系統(tǒng)管道破

16、裂原因分析在靖三聯(lián)注水系統(tǒng)管道系統(tǒng)中，管道集中的破裂位置是在喂水泵出口至注水 泵入口的一段管道。究其破裂原因分析，注水泵入口管道焊口破裂其直接原因是 管道振動(dòng)過大，而管道振動(dòng)的振動(dòng)源來口注水泵，注水泵轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，將產(chǎn)生與該轉(zhuǎn) 速相關(guān)頻率的脈動(dòng)，根據(jù)注水泵狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)際檢測的數(shù)據(jù)，可以得到注水泵 振動(dòng)幅值的大小，犬約在410 mm/s,以及與注水泵轉(zhuǎn)速相關(guān)的頻率為15hz 左右。這一振動(dòng)將作用到入口、出口管道上。另外，由于活塞往復(fù)運(yùn)行的結(jié)果， 使注水泵的入口、出口管道內(nèi)的水呈現(xiàn)節(jié)律的流動(dòng)，流體在遇到阻力（如：管道 彎頭、閥門、變徑管等）時(shí)，其一部分能量會(huì)轉(zhuǎn)換成管道脈動(dòng)。當(dāng)注水泵的負(fù)荷增大或出現(xiàn)故障

17、時(shí)，其振動(dòng)幅值會(huì)明顯增人；其振動(dòng)頻率也 會(huì)因注水泵轉(zhuǎn)速的變化而相應(yīng)改變。當(dāng)這一振動(dòng)與某一段管道的固有頻率相同時(shí)，就將使管道的振動(dòng)劇烈起來， 由于泵產(chǎn)生的產(chǎn)生振動(dòng)和流體脈動(dòng)的傳遞介質(zhì)不同，其能量衰減幅度也不一樣， 當(dāng)兩種振動(dòng)能量衰減到某個(gè)位置，其振動(dòng)頻率相同時(shí)，即產(chǎn)生共振，在管道最近 焊口出現(xiàn)裂恒或者導(dǎo)致管線破裂。對(duì)管道運(yùn)行函數(shù)和變量參數(shù)進(jìn)行傅立葉變換并求解，可以得出以下直觀解圖形:tll« k4m ” xav«m xax*vlllklet ii mmha »*4al f« qu3 k««a 4lai<t«litihc

18、4«tefy 7q 士 s.uwl* (i « i) wy um 4a«rx«yzldisploceme nf deformed on mox disp l scole 4.4070e+02 mode l *1.4554e9i principal unitss millimeter newlon second (mmims)model oeoo1 000c*00 8089e-01-78e-01 666e-01 5.556e-01 4 444u-£m 3.333e-01 2222e-01 】11-01-:. x 一 * *±j|

19、71;u''window 廣anglysislan。lysisl心 kiaq 回ej 心 x ffo 典 dela yacr>b！lai ti <1 > iid< d«ta («亠<> i)wy g 4<byx«r4j25j1 0000*00 曰.曰曰日亡01 ? 770e 01 66g7e-01 5 556e-01 4.01 乩 333e-01 w 223e-01 111le-01 0 000r- <00iuj對(duì)管線運(yùn)行函數(shù)進(jìn)行一階求解顯示頻率為14.554hz （即管線運(yùn)行過程中的固有頻率）四、經(jīng)過理論分析和現(xiàn)場試驗(yàn)，得出以下解決措施1、針對(duì)注水系統(tǒng)管線破裂頻繁的問題，目前最簡便和最直接的方法就是在注水泵進(jìn)水管拐彎處，對(duì)管道進(jìn)行固定，固定后，重新進(jìn)行模態(tài)分析，結(jié)論如下圖displacement maq deformed original model mox disp h.ooooe 卜 oo scole 4.4o7oe92 mode i. *2.5223e-oi principal units： millimeter newion second (m