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《北京石油化工學院學報》2016年第2期

摘要：

主海水泵是某海上浮式生產儲油船（FPSO）上的關鍵動設備。由于受船體變形和海水腐蝕，加之機組采用剛性底座及進出口管線應力等影響，機組振動值異常突出，故障頻發。采用常規定期離線監測，通過頻譜分析技術及振動幅值規律研究診斷主海水泵故障。結果顯示振動監測分析可以有效實現設備狀態預知性維修，預防惡性事故發生，解決了海上油田動設備故障。

關鍵詞：

振動監測；故障診斷；離心泵；海上油田

海上油田平臺的復雜結構及惡劣環境易造成設備發生機械故障。目前海上油田多以巡檢方式關注設備狀態，由于部分設備故障頻發，設備振動的原因錯綜復雜，僅靠耳聽手摸等感覺和經驗的原始方法，很難全面準確地分析判斷故障原因，嚴重影響海上油田的正常生產［1］。同時設備故障管理作為設備管理的重要部分，如何運用數據分析和故障預測并采取積極措施降低設備故障率，提高設備可靠性，對于設備管理甚至完整性管理具有重要意義［2］。為此，利用故障診斷儀器獲取設備診斷數據來實現設備的狀態監測診斷。振動監測分析采用的方法有很多，振動幅值為振動強弱的一種量度，是設備故障的最基礎數據，設備監測狀態是否正常首先是從振動幅值的大小來區分。另外，時間波形是最原始的振動信息源，頻譜分析也是設備故障診斷中最常用的方法［3－4］。

1主海水泵配置

FPSO的海水系統的作用主要是冷卻淡水，因為海水有腐蝕作用，所以先用海水經冷卻器冷卻淡水，然后再用淡水去冷卻各機器設備。這樣就減少了機器設備直接與海水接觸的機會，使機器設備的使用壽命得以延長。機船中所有多余的熱量最終都要經過海水排到船外，所以海水泵在整個FPSO系統中的作用至關重要［5］。該泵安置在FPSO機艙內，配置方式為電機—離心泵傳動機械形式。主海水泵安裝結構形式及振動測點如圖1所示。該機組配置額定參數信息如表1所示。機組安裝在FPSO機艙內，由于船體變形等因素，造成該機組振動值較大，故障頻發。目前該FPSO安裝A／B／C3臺主海水泵，其中A／C2臺設備為常用設備，B為備機。由于利用振動信號對機械設備進行狀態監測和故障診斷是最常用、最有效的方法，振動信號分析是故障診斷領域最活躍的一個分支［6－7］。因此應對該主海水泵機組進行定期的振動監測。由于C機電機驅動端軸承異常，C機2H／2V測點的振動幅值變化趨勢如圖2所示。

2監測數據及變化趨勢分析

2．1監測數據分析及診斷

單純從故障調制信號上獲取的時頻域特征達到診斷的目的幾乎是不可能的，包絡分析是一種軸承故障診斷的有效技術，通過對包絡信號進行頻率分析，可以比較精確地確定出故障發生的部位和層次［8－10］。由圖2可以看出，在2013—08和2014—10兩個時間點，2H測點包絡值分別達到21．44gE和24．34gE，該值已超出設備故障常規報警設定值。同時給出2H測點包絡譜頻域圖和時域圖分別如圖3和圖4所示。由圖3可以看出，該測點包絡值較高，頻譜中以工頻為主。圖4中，時域波形沖擊明顯，由于軸承間隙過大造成電機驅動端軸承磨損，運行狀態欠佳，在較高包絡值下需要對電機驅動端進行更換軸承。在該2時間點監測到設備異常后，立刻對電機驅動端更換電機軸承。更換后測量該機組部分測點振動值，如圖2中2014—02和2015—01時間點振動值所示，設備運行狀態恢復至正常狀態。對A機進行振動監測發現，機組振動值同樣較高，A機1H、3H、4H測點速度譜分別如圖5～圖7所示。由圖5～圖7可以看出，頻譜中以工頻為主，最大值已達16．37mm／s，工頻突出明顯但無其他異常頻率，通過頻譜得出該A機組對中不良。由于考慮該設備結構為單級泵軸單端固定，管線存在應力，基礎較弱，海水腐蝕等因素，造成該機組轉子軸頸中心在軸承中的位置發生變化，因此該機組狀態應診斷為熱態不對中［11］。針對海上油田動設備機組普遍采用聯軸器鏈接轉子，在該鏈接形式下，如果因剛性聯軸器轉子不對中，轉子的轉速會產生周期性變化，軸向振動較大，會產生轉子轉動頻率1倍的振動頻率。由于機組還受海上油田工況不穩等因素的影響，在轉速較低時，機組會產生穩定的周期渦動，而隨著轉速的提高，機組就會產生準周期運動，產生不穩定性。不穩定的工況會影響設備的運行狀態，進而造成設備可靠性降低。同樣，機組產生的振動和噪聲會加速軸承等零部件的磨損，降低機器的壽命和效率［12－13］。振動監測后對該機組進行了嚴格對中及調整，振動數據值恢復至正常范圍內。

2．2數據規律分析與管理

通過對主海水泵A／C2臺設備振動監測分析并用于指導維修后，設備運轉工況正常。針對該設備的分析數據及設備狀況，2次振動值已達到10gE值時，后期設備振動值快速上升，因此應選擇設置合理的設備報警參考值和停機值。根據該主海水泵機組的實際工況，可設置8和12分別為報警值及停機值。通過對2機組的數據分析發現，A／C機組異常狀況時，水平方向振動值異常突出。查看主海水泵安裝結構現場發現，主海水泵機組采用剛性底座，而水平方向剛性相對較弱，同時受進出口管線均存在管線應力等因素影響，造成機組容易產生水平方向的軸向偏差等。對C機組振動幅值變化趨勢（如圖2所示）進行研究對比發現，該機組2013—05與2014—06、2013—08與2014—10、2014—02與2015—01時間點之間的數據有一定的關系，即形成2個近似完整故障周期，該機組故障周期約11個月左右。獲得該機組故障周期后，海上油田維修人員可以提前做好設備故障預防并合理的準備設備備件，預防惡性事故發生［2］。

3結論

針對海上油田主海水泵故障頻發問題，采取振動監測獲取設備運行狀態，提取振動幅值及其頻譜圖、時域圖；同時根據設備運行狀態及狀態監測經驗設置故障報警值。通過振動監測分析并結合現場情況，有效地實現了對主海水泵的狀態監測，達到了預知性維修的目的。

參考文獻：

［1］時愛明，李兆華．旋轉設備的故障診斷及處理方法［J］．冶金設備，2000，12（6）：37－39．

［2］周宗明，吳東平．機電設備故障診斷與維修［M］．北京：科學出版社，2009．

［3］李丹嵩．時頻分析在透平壓縮機振動故障診斷中的研究與應用［J］．化工裝備技術，2010，31（6）：10－14．

［4］王金福，李富才．機械故障診斷的信號處理方法：頻域分析［J］．噪聲與振動控制，2013，2（1）：173－180．

［5］王體坤．基于故障樹分析法的拖輪柴油機故障診斷方法［D］．大連：大連海事大學，2012：15－19．

［6］胡清華，鄧四二，滕弘飛．考慮軸承游隙的非線性動力學軸承－轉子系統優化［J］．航空動力學報，2011，26（9）：2154－2160．

［7］侯者非．強噪聲背景下滾動軸承故障診斷的關鍵技術研究［D］．武漢：武漢理工大學，2010：5－12．

［8］趙志宏，楊紹普．基于相對小波能量的滾動軸承故障診斷［J］．電子測量與儀器學報，2011，25（1）：44－49．

［9］李智，陳祥初，劉政波．包絡分析及其在設備故障診斷中的應用［J］．測試技術學報，2002，16（2）：92－95．

［10］馬波，魏強，徐春林，等．基于Hilbert變換的包絡分析及其在滾動軸承故障診斷中的應用［J］．北京化工大學學報，2004，31（6）：95－96．

［11］劉曉波．旋轉機械故障診斷若干關鍵技術研究及應用［M］．北京：機械工業出版社，2012．

［12］周文杰，王樂琴，邢桂坤，等．環形密封對離心泵轉子系統穩定性影響的數值分析［J］．振動與沖擊，2014，33（15）：87－91．

［13］韓清凱，于曉光．基于振動分析的現代機械故障診斷原理及應用［M］．北京：科學出版社，2010．

作者:王鵬 李進 王慶國 劉紅彥 李虎 單位:中海油能源發展裝備技術有限公司