罗克韦尔ENTEK设备状态监测技术在CACT采油平台的应用

2012/2/3 11:50:18
一、概述
  ACT作业者集团是世界领先的专业的海上钻井采油作业集团,CACT公司是由ACT作业者集团与中国海洋石油公司合资组建的专业采油公司,该公司在惠州湾海域拥有HZ261、HZ323等5个海上钻井采油平台和1条海上钻井采油船。

  CACT公司于1999年即开始利用RA-ENTEK的DataPAC1500离线监测系统,对海上钻井采油平台的转动机械设备展开状态监测和故障诊断,并际此成功实施了预测维修工作模式,取得了良好的效果。

  但是,CACT公司所属的主要设备分布在数个海上钻井采油平台上,采用离线监测系统使得设备状态监测工程师不得不频繁地奔波于各个平台之间,将大部分时间和精力用于数据采集的过程中,而对于设备状态监测中最为重要的数据分析和判断工作所用的时间却大大减少了。随着CACT公司海上钻井采油平台上的机器设备使用时间的延长而带来的机器状态劣化,设备状态监测工作显得越来越重要,并且需要监测的次数也必将越来越频繁。

  所以,CACT公司又于2002年8月计划,于2003年6月实施,在其HZ261和HZ323钻井采油平台的关键设备----输油管线泵上安装了RA-ENTEK的Enwatch巡检式在线监测系统。并且系统刚刚运行,即发现并解决了HZ261平台上管线泵B的Yarway阀故障,消除了潜在生产事故的发生。这一成功案例,充分体现了在线状态监测系统在生产实践中的巨大作用。

  在Enwatch巡检式在线监测系统实施前的2002年10月,CACT公司所属的HZ261钻井采油平台曾发生由于输油管线泵故障,造成原油泄漏着火的重大生产事故,其中的直接和间接经济损失超亿元。为防止类似事件再次发生,CACT不得不聘请专人对这些管线泵实行24小时人工监视,但是专人监视的巨大费用和人员监测的不可靠性使得CACT公司决心在现有Enwatch巡检式在线监测系统的基础上,引进罗克韦尔自动化RA-ENTEK的最新的XM实时状态监测与保护系统。

  本文通过CACT公司状态监测工作由离线----巡检式在线----实时在线和保护的发展过程,说明RA-ENTEK的集成化状态监测系统在生产实践中所发挥的巨大作用。

  二、RA-ENTEK设备状态监测系统介绍
  RA-ENTEK状态监测系统以EMONITOR Odyssey或Enshare设备状态监测检修集成系统软件为平台,以其作为设备状态监测系统的核心,兼容离线监测(dataPAC1500)、巡检式在线监测(Enwatch)、保护表在线(6600系列)等技术和数据,向维修管理和执行部门提供诊断信息和检修建议,并跟踪检修工作的进展和验证检修结果。他可通过工厂局域网实现信息共享,将来自离线数据采集器(dataPAC1500)和在线数据采集模块(Enwatch或6600系列)的数据集成到一个公共的数据库。这个系统的突出特点是集成了最广泛应用的状态监测技术、实现网络化在线监测分析功能、提供工厂机器状况的完整信息。

  罗克韦尔自动化恩泰克状态监测系统的组成如下图所示:


  该系统要解决的问题是:了解全厂关键设备和重点设备当前的运行状况、判断被监测机器的状态变化趋势、诊断被监测机器故障的发生部位和故障的严重程度,以及检查和验收大修或临时维修的效果,实现对设备故障早知道、早预报、早诊断,把故障消灭在萌芽之中。其目的是提高设备运行完好率、减少设备停机时间及降低维修成本。

  1、EMONITOR Odyssey设备状态监测软件
  该系统的软件EMONITOR Odyssey可在Windows95/98、NT、2000环境下运行,支持MS-SQL
Serve、ORACLE和CENTURA等数据库服务器。EMONITOR Odyssey软件作为监测数据和分析诊断的核心,它集成了最广泛应用的预测维修技术,集离线监测和在线监测于一身,它可完成建立机器测点数据库、安排巡检路径及装入到数据采集器中、现场采集数据并回放到客户机中、分析及诊断设备状态和故障等工作。它既可提供设备监测诊断全面的方法和手段,又可为管理和决策人员提供全厂设备状态的信息。利用在线系统提供的Enlive?软件和Enwatch系统可进行远程实时监测诊断,任一Enwatch上的某个通道的频谱,时域波形、趋势、三维谱图和极坐标图均可在装有奥德赛软件的系统中实时显示、检测、包括通过互联网络进行远程监测和诊断。其组成和扩展功能的示意如下图所示:

 


  2、Enwatch巡检式在线系统
  Enwatch巡检式在线系统作为RA-ENTEK状态监测系统的一部分,其基本部件Enwatch是16通道网络化在线采集模块,每个采集模块均配有标准的RJ-45以太网接口,其外形小巧,机箱满足IP66工业标准,可直接安装在被监测设备附近,可用于人员无法接近或危险区域的设备的监测,数据采集回放的周期也比人工数采方式快得多,其采集的数据通过以太网定期回放到数据库中与离线监测数据集成在一起使用。下图是Enwatch系统在现场安装的示意和网络拓扑结构示意图:

  目前的Enwatch有三种型号:基本型、CSA型和PX型。基本型可适用于振动(加速度传感器、速度传感器)和工艺量的监测;CSA型的应用功能和基本型完全一样, 但它是设计并得到认证可用于Class1 Div.2危险区域的(Class1区域是指该区域存在可燃性气体或蒸汽, 当存在空气时可产生引起爆炸或火花的混合气体。Div.2指此区域中危险气体在正常情况下不存在, 而只在异常情况下存在);PX型可同时采集两个通道的数据,一个Enwatch(tm) PX可最多接8对双通道信号,对来自8对电涡流传感器的任一对数据,还可以显示轴心轨迹和轴中心位置图。

  RA-ENTEK状态监测系统适用于对关键机组和相应辅机进行定期监测、分析和诊断,以确定设备运行的状态。目标是为了预测可能出现的失效以及在这种失效发生以前找出其原因并及时通知设备维修部门。

  3、XM实时在线监测与保护系统
  XM系统是ENTEK并入罗克韦尔自动化后推出的新一代的实时在线监测与保护系统,它是世界上第一个基于DeviceNET总线的在线监测与保护系统。与传统的集中式仪表系统相比,它具有分布式、模块化、可集成、易维修、可扩展等其他现有保护系统所无法比拟的优势。

  该系统目前推出的模块有:XM120振动信号模块,XM320位置信号模块,XM441扩展继电器模块,XM440主继电器模块,XM500DeviceNET与以太网转换接口模块等。这些模块可单独组成监测和保护系统,也可与PLC控制系统联合组成控制系统。如下图所示:
 

  三、RA-ENTEK的离线和巡检式在线监测系统在CACT的应用
  1、离线监测系统的作用及其局限性
  CACT公司于1999年购买了RA-ENTEK的DataPAC1500离线监测系统,并设立专门的状态监测工程师岗位,建立起了设备状态监测与预测维修的工作模式。通过RA-ENTEK的技术培训和支持,加上CACT公司设备状态监测工程师自身的努力和艰苦细致的实践工作,已能良好的应用DataPAC1500离线监测系统对海上平台的旋转设备进行定期或不定期的状态监测和故障诊断,并取得了一定的成绩,完成许多成功的诊断案例。仅对平台上的输油管线泵,被及时发现的故障类型就包括:管线泵电机转子不平衡、联轴节对中不好、叶轮摩擦、各种各样的轴承故障等。

  与此同时,离线系统的局限性,也使CACT公司的设备状态监测工程师深感不便,由于CACT公司的被监测设备分布于五个海上平台和一个采油船上,岸上基地与平台之间的交通需要利用直升飞机或拖船,而CACT公司作为世界领先的钻井采油专业作业集团,对工程师的工作效率要求很高,不可能在每一个平台上设置专门的工程师进行设备状态监测和分析。这些因素使得设备状态监测工程师不得不频繁地奔波于各个平台之间,将大部分时间和精力用于数据采集的过程中,而对于设备状态监测中最为重要的数据分析和判断工作所用的时间却大大减少了。即使这样,数据采集密度仍显不足,为此使许多本应及时发现并加以排除的故障漏过最好的处理时间,造成一定的损失。所以,CACT公司认为,仅有离线监测系统已无法满足预测维修工作的需求。

  2、Enwatch在线监测系统的方案确定和实施
  为了将CACT公司的设备维护工程师从繁重的数据采集工作中解放出来,从而使其有足够的精力用于数据分析、设备状态判断和故障诊断等工作,罗克韦尔自动化公司于2002年8月向CACT公司推荐在现有的离线监测系统的基础上,增加Enwatch巡检式在线监测系统,从而组成离线和在线巡检集成的设备状态监测系统。Enwatch系统是基于以太网的自动巡检系统。设备维护工程师不需到现场,只需在任意一台联网的计算机上,即可对安装在现场的Enwatch(需与网络连接)采集模块发出指令,令其定期采集和回收数据。这些过程均通过Odyssey软件的在线模块进行控制。由于CACT已拥有RA-ENTEK离线版的Odyssey软件,所以只需在该软件基础上增加Online模块,另增加Enwatch和在线传感器,即可进行在线监测工作。同时,也不会影响离线系统的监测工作。

  初始的推荐方案是采用一个Enwatch模块对一个采油平台(HZ261)上的四台立式多级离心泵进行巡检式在线振动监测,将在线振动传感器和Enwatch模块布置在平台上,Enwatch模块的输出接入平台的局域网,而控制并接收Enwatch模块数据采集的Odyssey软件则装在岸上基地的计算机服务器上,其设计安装方案如下图所示。

项目经过多方论证,获得通过,并且CACT公司决定将HZ323平台上的3台管线泵也纳入在线监测的范围内。最终的订货信息如下:


  在项目论证过程中,充分考虑了CACT公司现有的计算机网络状况。其海上平台之间利用光纤组成局域网,陆上基地也形成局域网,而两个局域网之间是通过卫星通讯的,这成为一个网络通讯的瓶颈。所以,最终决定将数据采集回放站和保存数据库的服务器计算机放在HZ261平台上,岸上状态监测计算机另建新的数据库,利用RA-ENTEK的data mover软件定期从平台上的服务器中取得更新的监测数据,形成服务器数据库的备份数据库。这样,既减少了利用卫星通讯进行的数据通讯量,又大大提高了数据传输的安全性。该项目于2003年5月开始工程实施,6月完成调试,目前运行正常。下图为已经实现的Enwatch远程自动巡检式监测系统。

 

  3、Enwatch在线监测系统在CACT公司的成功应用
  罗克韦尔自动化公司为CACT公司提供的Enwatch巡检式在线监测系统于2003年6月初开始调试,在其HZ261和HZ323钻井采油平台的关键设备----输油管线泵上安装了该系统。并且系统刚刚运行,即发现并解决了HZ261平台上管线泵B的Yarway阀故障,消除了潜在生产事故的发生。这一成功案例,充分体现了在线状态监测系统在生产实践中的巨大作用。
  以下是从Enwatch巡检式在线监测系统下载的有关诊断依据。

 


 
 
  根据上述依据,可十分确切的认为B泵Yarway阀的故障会对C泵的振动状态造成很大的影响,是一个明显的生产隐患。
  下面是CACT公司的状态监测工程师陈先生关于此事向基地和平台上的设备管理和维修工程师发出的电子邮件内容。

  Dear Sirs,
  After the Enwatch P/L pump vibration monitor system was put into service on 2003-06-06, we found the Yarway valve of pump B can impact pump C badly, which has been proved running in poor condition by operator, see detail plots in attachment, so, I suggest it is better we replace it with a new one, otherwise, the mechanical seal and thrust bearings of pump C will wear out soon.We see the system works.

  这应该是对RA-ENTEK设备状态监测系统的最佳褒奖。

  四、XM实时在线监测与保护系统的方案确定
  在Enwatch巡检式在线监测系统实施前的2002年10月,CACT公司所属的HZ261钻井采油平台曾发生由于输油管线泵故障,造成原油泄漏着火的重大生产事故,其中的直接和间接经济损失超亿元。为防止类似事件再次发生,CACT不得不聘请专人对这些管线泵实行24小时人工监视,但是专人监视的巨大费用和人员监测的不可靠性使得CACT公司决心安装实时状态监测与保护系统。

  罗克韦尔自动化公司的XM系统作为世界上第一个基于DeviceNET总线的在线监测与保护系统。其分布式、模块化、可集成、易维修、可扩展性等功能是目前其他保护系统所无法比拟的。针对CACT管线泵的具体情况,罗克韦尔自动化公司向其推荐在现有Enwatch巡检式在线监测系统的基础上,加装XM实时在线监测与保护系统。其中用到的XM模块包括XM120振动信号模块,XM441扩展继电器模块,XM500DeviceNET与以太网转换接口模块。方案组成如下:

 由于CACT现场已经安装了9200在线加速度传感器和Enwatch在线采集模块,所以只需在9200和Enwatch之间安装XM模块即可由XM单独组成监测和保护系统,其本身既具有继电输出(控制报警输出、停车控制输出),又有数据显示输出(通过XM500)。XM系统的加入不会影响已有的Enwatch巡检式在线系统的运行。

  根据现场分析,只需将各个管线泵的止推轴承上的轴向和径向信号引入XM120模块(每个XM120模块可进入2路振动信号),XM120上的缓冲输出端子可将传感器的原始模拟信号输出到Enwatch模块上。每一个XM120后接一个XM441模块,XM441上的继电保护输出信号可送往泵的连锁停车和报警系统中。每个平台上配置1个XM500模块,该模块上的RJ45输出可将XM120的振动数字信号输出到监测计算机屏幕上,以便现场人员实时观察。
  根据上述方案,最终的订货信息如下:

  

五、总结
  RA-ENTEK的状态监测系统在CACT公司的不断升级说明,生产实践单位的用户确实需要设备状态监测系统,而RA-ENTEK的系统又确实能够满足用户的要求,为其提供可靠实用的监测和保护。关键是深入了解用户要求,以及双方技术人员的深入沟通和交流,使系统发挥其最大作用。


  文章来源: CACT作业者集团 陈立新

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