【精品】油田注水系统振动监测及故障诊断主要内容[1]do__c

1、注水系统振动监测及故障诊断技术在油田的应用一、注水系统振动监测技术的概述长期以来，油田注水系统运行的维护，主要是出人工巡冋检查，依靠传统的 听、摸、看等简单手段来判断设备运行状态的好坏，凭经验來判断设备故障。而 电机和系统的振动变化情况一般很难感觉出来，因此，经常出现各种故障（如注 水泵抱轴、伤轴、报废、注水管线破裂等问题），常常处于被动的检修状态。这 样，既不能保证故障检测的准确性和检修的及时性，给检修工作带来很大麻烦， 而且述因为部件变形或损坏难以保证检修质量，经常出现二次检修，给实际工作 带來很人不便和较人的压力，也对生产带来严重的安全隐患。同时无形中对操作 人员的技能经验提出了较高的要

2、求，增大了操作人员的劳动强度和对生产产生一 定的影响。因此，面对以上实际情况，能够精确反映出注水系统的运行状态，能将注水 系统的运行故障及时反映出来，能够进行预知检修，以免故障扩大，变以前被动 检修为主动检修，什么时候检修和检修什么，便于油田及时采取相应的措施。因此我们公司开发了注水系统振动监测及故障诊断系统，对注水系统的振动 情况进行在线监测，根据振动情况的变化，来判断注水系统的运行状况。通过在 采油三厂靖三联的试运行，达到了预想的目的，试验效果良好。二、系统振动原理在采油三厂的注水系统中，注水动力绝人部分是由喂水泵（人排量、低扬程 离心泵）和注水泵（高排量、高扬程柱塞泵）组成。注水系统的振

3、动是该系统内 能量转换（注水泵将机械能转换为水的动能）过程中的机械冲击和流体在流动过 程屮产生脉动共同作用的结果。但由于系统在不同的运行时间和运行条件下，其 振动和噪声都是通过相应的元部件或液压工质产生激振，进一步传递到注水泵壳 体上。理论上讲，只要得出各振动元件的传递特性，那么激振源信号引起的泵壳 振动特性就可以推导出来了，但是由于构成泵体的元部件多，且形状各异，元件 作为弹性体，其振动特性复杂。要利用各元部件的振动特性，得出系统的振动规 律是非常困难的。该振动监测系统从振动源分析着手，寻求系统的振动原理，进 而为减小振动和减小因剧烈振动给生产带来的负面影响。液压泵是液压系统的振动源，当液压

4、泵发生故障时，其振动信号必定发生变化。 不同的故障和同一故障的不同阶段，引起不同频率段振动量的不同程度增加。注 水系统在高液压作用下，个部件承受强大的动载荷以高值应力。随着泵的高速运 动，这种强大的动载荷所产生的扰动成为周期性的激振力，因而激发出多种不同 形式的振动与冲击。最终表现为泵壳的振动并辐射出噪声。其主要原因有泵的流 量和压力变化脉动引起的扰动。三、注水系统振动监测现场试验2005年，针对采油三厂靖三联对注系统振动大，导致注水泵检修频繁，管线 时常因振动而破裂等问题，我们公司开发了注水系统振动监测技术，对靖三联注 水系统运行过程中的振动悄况进行监测，以注水泵振幅人小作为故障诊断的依据。

5、注水泵振动监测说明图1#夢道监测内容：注水泵曲轴磨损、松动、变形或轴体出现裂纹 囂欝詈监测内容：(1)注水泵柱塞出现磨损、松动，楔的松动， 酬通道排液阀、进液阀的工作故障。(2)注水泵整体环境振动监测，由于泵体是振 动源，因此连接注水泵的进、出水管道会 因振动而出现裂纹甚至破裂。e-bofecliiioloqir1、系统原理振动监测系统对现场振动信号进行在线适时监测，泵的轴向转速由电涡流传 感器测量，泵出口压力脉动由压力传感器测沱、泵壳体的振动由加速度计检测。 振动传感器准确可靠的将检测到的各种振动信号快速传递到信号接收系统，接收 系统经过对接收到的信号进行幅值域、时域和频域的多种分析处理，其

6、中，功率 谱、相关函数和传递函数等，都是以4或8为基的fft算法。为了减小fft算法 中的泄漏，有多种窗函数（矩形窗、三角窗、汉明窗、海宁窗、凯泽窗及切比雪 夫窗等）供需要加以选择。经过系统自动分析转换，现场仪表用振动变送器以振 动大小和对应的420ma标准工业信号，输出运行设备的振动大小以及故障振动 的特点，以直观的振动图象输出。该系统可由一台pc （主机）与一台或多台振动监测仪通过rs485构成局域网方 式连接，构成振动监测自动显示、分析、报警、故障告知和预检点指示等综合监 测系统。2、远程监测、诊断整体结构框图根据系统要实现的功能，实时远程监测与诊断系统整体结构框图如图所示:注 水 泵、

7、 喂 水 泵、 髙 压 阀 组 状 态 参振动压力过科杲振动压力振动变送器> 压力变送器流量流量过程量流:址变送器e信b3800显a号示，传报输警，数 据 存 储数据 处理显示 分析 打印 报告1. 互联网2. 企业局域网图2： eb38oo远程监测与诊断系统整体结构框图12厂it an2t oil3 厂3t iflxl4厂< nn5厂st fflil6 r6# fflil7厂tfiliit8si r99 iflxfi9 rm通道10 r io# iiii11 r li#通道12 r 12# a®13 厂 13sis m厂1ui1道 150 厂 lsfifiji16 厂故

8、障时，i#泵数值波峰在靖三联注水振动检测过程中，在试运行的38天时间里，运用该原理，分别 检测出注水泵进液阀故障、泵运行温度过高和铜压冒故障等预知性故障，共计预 知性检修10余次，经现场证实，该系统能够准确、及时的反映运行屮因振动而产 生的对系统运行产生的负效应。详细监测效果如下图表所示：表1 对i #注水泵监测情况及预处理结果序号监测到故障时 间监测内 容处理建议处理结果19月20日17:30:012#数值波峰超 过标准值现场检查注水泵头（柱 塞阀）更换进液阀检修维 护后恢复正常29 刀 17 h21:36:593#数值波峰超 过标准值现场检查注水泵头（柱 塞阀）更换排液阀检修维 护后恢复正

9、常注水系统产生故障时，监测到i#注水泵的波形图为如下所示意:匚)育衆尢标p旻示标尺p »(asnf9厂 wim 厂2il道 p 3# ilia r 4# iixi r stiiii r 6# iiii 厂厂8io r 9# io < r 10# iflxfi r nt lixfi ： r 12#通這 o r 道 ：厂皿道 ；厂i湖1道r 1沁道青景网格光标 p显示标尺 p数值跑隨故障时，i#泵数值波峰对ii #注水泵监测情况及预处理结果序号监测到故障时间监测内 容处理建议处理结果19h 17 h19:16:265#数值波峰超 过标准现场检查注水泵 整体运行情况泵体温度过高 暂停

10、运行，待 温度卜降后即 可恢复运行9月17日22:25:166#数值波峰超 过标准9 月 17 口03:08:187#数值波峰超 过标准29 h 28 1=111:40:306#数值波峰超 过标准现场检查注水泵 头（柱塞阀）更换铜压帽检 修维护后恢复 正常39月24日16:27:107#数值波峰超 过标准现场检查注水泵 头（柱塞阀）更换进液阀检 修维护后恢复 正常注水系统产生故障时，监测到ii#注水泵的波形图为如卜所示意1 厂!通逼2 厂2f iis3 o r4 厂a jsj£5 ps#6 厂匕遇适t 厂to nate 超势 8(2005-09-04 15)8:53 200510 1

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15、显示了注水泵监测点振动的波动速度，及振动能量在频率区段 的分布情况。经过现场振动监测试验，现场实现了成功的预警检测，可以得出以下结论（也 是该监测系统能够成功监测系统故障的原理）：1、由于功率谱线均为泵柱塞的基频的谐波，且随转速的变化而发生偏移；2、随着转速的增加，振动的功率谱屮柱塞泵基频高次谐波的能量变人；3、通过压力与壳体振动关系试验得到，柱塞泵売体振动的强度随压力升高而 加强，而加速度的功率谱线的能量分布不随压力变化而改变；4、通过转速与売体振动关系试验得到：泵柱塞的基频谐波，且随转速的变化 而发生偏移。另外，随着转速的增加，振动的功率谱屮柱塞基频高次谐波 的能量变人。3、注水系统管道破

16、裂原因分析在靖三联注水系统管道系统中，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 管道振动过大，而管道振动的振动源来口注水泵，注水泵转动时，将产生与该转 速相关频率的脉动，根据注水泵状态监测系统实际检测的数据，可以得到注水泵 振动幅值的大小，犬约在410 mm/s,以及与注水泵转速相关的频率为15hz 左右。这一振动将作用到入口、出口管道上。另外，由于活塞往复运行的结果， 使注水泵的入口、出口管道内的水呈现节律的流动，流体在遇到阻力（如：管道 弯头、阀门、变径管等）时，其一部分能量会转换成管道脉动。当注水泵的负荷增大或出现故障

17、时，其振动幅值会明显增人；其振动频率也 会因注水泵转速的变化而相应改变。当这一振动与某一段管道的固有频率相同时，就将使管道的振动剧烈起來， 由于泵产生的产生振动和流体脉动的传递介质不同，其能量衰减幅度也不一样， 当两种振动能量衰减到某个位置，其振动频率相同时，即产生共振，在管道最近 焊口出现裂恒或者导致管线破裂。对管道运行函数和变量参数进行傅立叶变换并求解，可以得出以下直观解图形:tll« k4m ” xav«m xax*vlllklet ii mmha »*4al f« qu3 k««a 4lai<t«litihc

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