石油設備故障診斷技術與應用石油大學（北京）

第一章開展設備故障診斷的重要意義

1、避免惡性事故的發生，保證安全生產大型往復壓縮機、發動機等設備若發生燒瓦、拉缸、閥門損壞等重大事故，損失將在數十萬元以上。

2、降低能耗大型發動機如T815型有8個缸，經常有1—2個缸熄火，燃油多消耗1/8—2/4，即12%—25%，若通過診斷進行及時調整，則可節約燃油10%。

3、開展視情維修，節約維修費用

1臺離心泵等大修一次15萬元左右，若根據情況將維修周期延長1/10，則節維1.5萬元，10臺泵則節約了15萬元。開展設備故障診斷工作，平均可節約維修費用25%。

4、科學化管理的要求總公司下文評選設備使用先進單位時，故障診斷工作占10%的比重。

5、未雨籌繆，為將來節約開支打基礎資金緊張時，需要依托故障診斷技術對設備進行精細管理，在冶金、煤炭等行業目前已成為主要設備管理工作。

石油大學的近5年的故障診斷研究基礎1、獲得各類診斷類基金數國內第一*2項國家自然科學基金；*3項北京市自然科學基金；*1項教育部霍英東基金；*3項石油天然氣總公司創新基金；*5項總公司的重點項目2、從事診斷研究的人數國內第一教授5名，副教授6名，博士生8名，碩士生49名。擁有國內外診斷設備300余萬元；并自主開發了大型旋轉、往復設備、管線泄漏的診斷系統。3、成果應用數國內第一自行開發的診斷系統在大慶、遼河、勝利、新疆、塔里木、華北、天津大港、江蘇、南海等各油田都進行了使用。第二章、設備主要診斷方法1、振動診斷法：是主要使用的方法2、噪聲診斷法：聲壓、聲強法3、油液分析法：鐵譜、光譜法4、無損檢測法：超聲、聲發射技術5、溫度檢測法：接觸法、紅外法6、應力、應變法7、其它方法：壓力法、電流法、轉速法等第三章用振動法對石油設備的診斷一、診斷系統二、振動的基本診斷原理三、診斷離心泵、往復泵的軸承、軸等部件四、診斷壓縮機、發動機、天然氣發動機五、對齒輪箱的診斷六、對輸油管線的泄漏診斷一、石油大學的EDES型故障診斷系統

16通道，可測振動、溫度、壓力、轉速；

主頻330KHz，12bit高精度分析；軟件系統智能化分析。1硬件系統組成2硬件系統的特點1）12位高精度AD卡，主頻高達330K，16通道，分析精度高。2）外掛式設計，形式靈活，使計算機與診斷儀主機能夠獨立使用，保證軟件系統能夠長久升級；3）數據采集量大，數據直接進入筆記本型計算機，無須二次數據傳遞，操作簡便；4）模塊化設計，前端、主控、通訊電路自成體系，可靠性高；同時便于維護，能夠使硬件系統永久升級；5）自帶電池，防塵、防潮設計，便于野外操作；3、軟件系統組成4軟件系統的特點1）診斷庫技術:

設備層、故障層、故障特征層、參數層2）自動建庫技術:自動建立注水泵、外輸泵、發動機、壓縮機、螺桿泵等設備的數據采集庫及故障診斷庫。3）自動分析技術:自動調用各種診斷方法，進行數據的處理及特征參數的提取。4）智能診斷技術:診斷庫與標準庫進行自動對比，給出診斷結論。5）報表自動輸出:給出簡易、精密報告。6）診斷標準自建:自適應尋優。二、振動的基本診斷原理

1振動波形的表達x(t)=A*sin(2πft+φ)A-振幅，大小f-頻率，快慢2振動的位移、速度、加速度指標位移：x(t)速度：v(t)=dx(t)/dt=fAcos(2πft+φ)加速度：a(t)=dv(t)/dt=-f2Asin(2πft+φ)3振動的分類復雜周期振動準周期振動

隨機振動4振動診斷機理

當零部件間隙（如磨損）、質量分布（如不平衡）、配合（如不對中、供油提前角）發生改變時，會使部件間的接觸沖擊發生變化，或產生附加的沖擊，傳遞到機體表面，則表現為振動的增大（或減小）。5振動診斷指標的領域

按橫坐標的量綱，分為以下幾個域：

1）時域指標2）頻域指標

3）倒頻域指標4）幅值域指標

5）時延域6)相位域6、振動的時域診斷法1）峰值：靈敏性好(點)2）峰峰值:3）絕對均值:4）有效值:穩定性好(面)5）方差值：時域診斷法的特點

1）簡單、方便

2）當振源較為復雜時，只能定性診斷，即指出設備有無異常；無法指出具體的故障部位。6）脈沖值:峰值/絕對均值，診斷軸承的故障7振動的頻域診斷法1）特征頻率：頻譜圖橫坐標f，Hz2）特征頻率幅值:頻譜圖縱坐標A,m/s2頻域診斷法特點

各個部件在運轉時，都以一定的特征頻率進行振動，特征頻率所對應的幅值即代表了該部件的振動大小。通過特征頻率，可將各個部件的振動分開，實現定位診斷。頻域定位診斷原理圖三、診斷注水泵、往復泵的軸承、軸等部件離心泵振動測點布置圖往復泵振動測點布置圖內圈：外圈：滾珠：fa—軸的旋轉頻率；d—滾動體直徑；D—軸承的節徑；—接觸角1診斷滾動軸承2、滑動軸承

油膜渦動：0.5fr

fr—軸頻氣隙間振：0.8fr

磨損嚴重：0.2fr—0.9fr3、軸不平衡:

fr

fr—軸頻4、軸不對中：

2frfr—軸頻5、轉子松動：

nfrn=2,3四、診斷壓縮機、發動機等1、診斷發動機供油角測試原理：振動傳感器放在某缸缸蓋；光電傳感器放置在各缸基準點，對準飛輪貼在該缸上止點處的反光片，同時進行測量。

振動波形前沿與轉速脈沖前沿之間形成的角度，即為供油提前角。可判斷供油提前、落后的情況。壓縮機測點布置圖2、診斷發動機爆燃、熄火或壓縮機閥門磨損

根據燃燒產生沖擊振動、閥門落座時產生沖擊振動的大小。發動機爆燃、壓縮機閥門磨損發動機熄火五、對齒輪箱的診斷齒輪箱最大特點是，頻率成份fm、fr是以調幅、調頻的形式存在于頻譜中的，因此診斷的關鍵是解調分析。

1）線性相加：

cos(fm·t)+cos(fr·t)

2）調幅：

fm—載波fr—調幅波

(1+A1·sin(fr·t))·A2·sin(fm·t)=A2·sin(fm·t)+0.5·A1·A2（cos(fm+fr)-cos(fm-fr)）3）調頻：

A1·sin(fm·t+A2·sin(fr·t))fm—載波fr—調頻波

齒輪箱故障特征：嚙合頻率fm=fr·z，為載波軸頻：fr，為調制波振動頻域圖六、對輸油管線泄漏的診斷

1負壓波法診斷原理2診斷系統組成

壓力傳感器+采集系統+同步系統+通迅系統+工作站3診斷系統的特點

1）采用先進的雙扭環采集技術，確保采集頻率可達到10K，這樣采集分辯率可達1萬點/秒，每米波長能以33點進行描述，可對微小泄漏信號進行識別。

2）采用神經網絡方法對特有噪聲模式進行記憶，并建立管線全局噪聲點結構圖，對可能出現的泵、閥起動噪聲進行智能判別。管線泄漏診斷系統捕捉到的泄漏波形振動診斷法

通過振動傳感器測試機體振動，對幅值、頻譜進行分析，對各種故障進行診斷。振動時域波形噪聲診斷法

振動在空氣中傳播形成噪聲。適于診斷遠距離（車輛）、不易接近（渦輪增壓器）的設備。

聲壓：聲的應力值（分貝dB），n=20log10x

極輕聲：0-10（安靜的環境）輕聲：20-30（圖書館）適中聲：40-50（較靜辦公室）高聲：60-70（大商場）甚高聲：80-90（繁忙的大街）震耳欲聾：100-120

聲強：聲的單位能量值。無損檢測法

頻率<20HZ為次聲波；

頻率>20000HZ為超聲波1、超聲診斷用于探傷，雙探頭，發射、接收聲波，根據反射波形的形狀、時差決定零部件缺陷、位置。2、聲發射接收聲波，聲發射：金屬內部晶格發生變形時產生的聲音，用于診斷動（高速）、靜（壓力容器）設備的結構強度。石油大學擁有當今最先進的美國PAC公司4通道聲發射診斷系統，取得了對多種設備磨損、管線泄漏的診斷成果。溫度檢測法

1.接觸法

AD590:(–50，150）；PT100:（–50,300)；熱電偶:(-50,1200)度

2.非接觸法紅外法測溫儀：點溫儀、紅外熱像溫儀應力、應變法

通過應變片測試設備應力、應變水平，對強度進行評度。其它方法

1.壓力法：潤滑油、進排氣（水）壓力。

2.電流法：電機診斷，變頻測轉子、定子故障。

3.轉速法：無負載測功、動平衡校正。

第四章石油設備的遠程診斷設備遠程診斷技術主要特點

(1)

采用多種網絡方式形成一個完整的企業級診斷系統,實現對遠程設備進行實時監控和管理；

(2)

有利于提高診斷的準確性和可靠性,實現企業和異地專家對設備故障進行實時會診；

(3