摘要：XM在CACT作业者集团海上采油平台应用近一年的时间内，两次保护动作避免了恶性事故的发生，具有推广价值。
关键词：XM保护系统 离线系统 准在线的巡检系统 轴承故障
背景介绍
海洋油气工业具有高风险、高收益、资金密集、技术密集等特点，因而对生产的安全性以及设备的可靠性要求很高，设备状态监测是满足这一需求的比较合适的解决方案。CACT作业者集团（以下简称CACT）共有6个生产平台1个生产储油轮，是中国目前最大、历史最久、总产量最高的对外合作海上油田；CACT在预防维修机制运转良好的基础上，对大型、关键设备正在实行预测维修策略。
1995年CACT开始应用Entek产品如直读表VisTec、数采器/分析仪DataPac1500、Odyssey软件等，取得了30多个成功预测设备早期故障的案例，积累了比较好的基础；但是，我们开展状态监测工作目的是要得到机器的状态，离线系统数据采集频度与在线系统不可同日而语，便携式采集器使用磁座固定传感器，数据的质量和采集位置的同一性不好；尤其重要的一点，对CACT来讲，离线系统在经济性方面不再有优势：尽管以单位机器所负担的费用计，准在线的巡检系统和实时在线系统初次购置成本较高，但从运行成本长期来计算，它们相对离线系统要低很多。CACT租用直升飞机运送人员，一个座位一个往返的价格约是550美元，7个设施间的交通需要进行飞机穿梭，所以一次数据采集的交通成本约为2000美元；加之海上平台床位紧张，确定好的数据采集计划往往不易得到准时实施；工程师不得不频繁地奔波于各个平台之间，在数据采集过程浪费大量时间和精力；……所以从质量、成本、效率等各个方面来讲，在线、准在线系统都较离线系统具有很大优势。
2002年底，当离线监测系统已无法满足预测维修工作的需求时，CACT购置了Enwatch巡检式准在线监测系统。该系统是基于以太网的自动巡检系统，数据采集时工程师不需到现场，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。
2003年自动巡检模块Enwatch投用，很快显示出离线系统不可比拟的连续采集优势，下面例子中发现一起比较隐蔽故障的过程比较能说明问题。
但是，对于管线泵等核心设备，只有监测还远远不够，依据API(美国石油学会)标准，必须采用具有实时保护功能的系统。
2003年12月，CACT引进了Entek实时保护系统XM（8套）以及、RSMacc软件，组成了由离线数采器、准在线监测、在线保护等组成的比较完整的状态监测设备网络。
CACT的振动监测系统及网路结构如附图一所示。
HZ261平台一段时间比较频繁地出现轴承早期失效，我们用DataPac1500都预测到，但是无法根除这种现象；Enwatch投产之后，我们用其Enlive单通道实时跟踪软件以及高密度振值趋势图对该泵的振动作了仔细研究，发现在某些工况下，泵的振动值会突然增高，持续几十秒后恢复正常（参见附图一），现场监测发现，振动升高的同时，在嘈杂的生产甲板现场可以辨别出一个细微的高频哨音，哨音消失则Enwatch上的振动值降回正常，通过更细致的检测，我们找出哨音来自Y-way阀。半个月后在一次计划停产检修中更换该阀门，之后从Enwatch上再也没有出现过高频哨声这种情况，轴承的早期失效频度也下降到正常水平。这样的隐蔽故障如采用比较大的数据采集频度“分辨率”（比如每周1次）是极有可能被漏掉的；即便偶然采集到高峰值，也会给故障分析和维修预测带来比较大的干扰。
[center]附图一[/center]
[center]附图二[/center]
XM系统介绍
XM是Entek并入Rockwell Automation之后于2003年新推出的一个产品，它是世界上第一种采用开放式标准工业总线的分布式振动监测和保护系统，具有Rockwell Automation公司产品一样的模块化结构和外观，结构小巧，易于安装和检查维护，通过了API670标准－－《Ｍａｃｈｉｎｅｒｙ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ（机械保护系统）》；通过近一年的使用，XM模块的可靠性经受住了时间的考验。
XM模块可以通过DeviceNet进行远程组态，与之配套的软件RSMACC EOL具有良好的Windows风格人机界面，其主要功能如模块与传感器参数调整、继电器动作逻辑设定、报警波段及门槛值调整等均可以在一个窗口的不同标签上完成，简洁完整，让人耳目一新；XM系统对较早产品Enwatch及 DataPac等运行的数据存储与诊断软件Odyssey向下兼容，可以通过Odyssey来灵活地定义数据存储，与RSMACC EOL软件的报警及继电器事件日志一起为历史回溯以及机器故障原因分析提供依据。XM对Odyssey的支持保护了用户的投资。XM多达16输入参量设置和16个报警逻辑设定，以及可扩展4~20mA模拟量输出端口，可以很好地满足工业现场的组态需求。
目前高速巡检系统和实时在线保护系统等在线及准在线机器状态监测系统一般采用分布式数据库系统，数据库及硬件组态、数据采集、数据显示分析等采用服务器/客户端机制，由于海上和陆地间采用的卫星通讯非常昂贵， CACT租用的卫星通讯频道（30万美金/年）数据带宽仅为256K，运行ERP以及Email系统还可以，传输大流量的实时动态振动数据则比较困难，我们借鉴IT部门的经验，通过一个软件从岸上办公室远程登录到距离陆地200公里的平台上运行专业在线监测软件的服务器，占用带宽约10K，时滞小于1秒，就象在服务器本地一样可以进行组态、数据采集、技术分析、制作报告等所有的操作，比较好地解决通讯瓶颈。低成本间接实现了远程状态监控和远程故障诊断。
应用实例
CACT采油平台现装备有意大利Nuovo Pignone生产的原油外输泵7台，承担着全油田近10000吨的原油日产量的外输任务，属于核心设备。该泵为立式安装的10级离心泵，电机功率750马力，顶端驱动，转速3600RPM（即60Hz），上端采用FAG-7319止推轴承，下端向心轴承为FAG6216；电机通过一个刚性联轴节与泵轴连接，泵轴中间过桥轴承为SKF7316，承受整机轴向力；这三组轴承近两年来发生损坏多起，并造成电机转子动静碰摩及机械密封失效以及生产关停，损失巨大；其间维修部门从对中、安装间隙控制、轴承本身、轴承润滑、轴承冷却、流体介质、安装基础等等各个相关方面去改善，但结果总不能将让人满意；这样不但造成维修任务繁重、停产损失巨大，更重要的是低的可靠性带来严重安全隐患，因此，以往的振动监测系统不能完全满足现场要求，具用实时保护功能的XM保护系统就被引用进来。
以下是两个在实际应用中的两个例子。
2004-07-27凌晨3:51’，HZ323平台一台管线泵振动高关停，通过回溯该泵的XM系统报警纪录以及Odyssey中的详细振动数据，发现该泵中间过桥止推轴承测点在840赫兹频率项上的振幅值在大约6个小时内逐步攀升，总振值也达到15mm/sec（参见附图三），即XM的“危险”门槛值，泵自动被关停，夜班操作人员手动启动备用泵，避免了生产关停；通过分析存储在Enwatch中的详细数据，可知840Hz为该泵的过桥止推轴承SKF7316的内圈故障特征频率的2倍谐波，所以可以肯定是轴承故障；在当天上午平台机修技师进行了止推轴承的更换，仅花2个小时该泵即投入生产；将拆下的轴承线锯解体，发现轴承内圈出现两条长约5cm的深槽（参见附图四），验证了诊断的准确性。
依据以往的经验，当过桥轴承严重毁坏时，一般会造成机械密封的损坏造成溢油，倘若油气接触高温的毁坏轴承，极易造成火灾事故；而这次XM在轴承出现缺陷初期及时停泵，最大限度地避免了损失。
2004-08-22 凌晨00: 45’，HZ261平台夜班操作工在中控室听到管线泵振动高报警，随后振动高高停机报警及关断动作，于是迅速赶到现场开启备用机组，操作工在检查被XM系统关停的机组时发现电机下端轴承座高温，达110摄氏度，而平常纪录为30~40摄氏度，；几个小时以后机械技师拆下联轴器，发现电机无法盘车，初步认定轴承故障。通过回溯Odyssey中的数据确认这个故障属突发轴承故障。电机运回岸上车间解体，发现轴承崩溃（见附图五），转子上端轴肩与电机骨架出现轻微擦痕，更换新轴承后装回测试电机正常。
一般而言，轴承严重损坏会引发电机扫膛，造成电机定子转子报废，这次XM保护又一次及时地避免了灾难性事故的发生。
[center]附图三[/center]
[center]附图四[/center]
[center]附图五[/center]
结论：
XM系统综合了Entek在振动诊断领域多来的专业经验和Rockwell Automation在工业自动化领域内的标准化特质，其产品的可靠性、易用性以及保护的精确性让人印象深刻。
作者简介：
陈立新，男，1972年出生，江汉石油学院机械系毕业，CACT作业者集团预测维修工程师
