一、实施背

1、原有设备的巡检方式已不能满足运行监测的需求

注水泵是满足油田注水，保证地层压力的动力源设备，是油田开发原油稳产的大型关键设备。随着生产规模的不断扩大，生产过程对设备的依赖程度不断增加，设备日常维护和管理的任务越来越艰巨。注水站大多没有装备状态监测及预警系统，主要靠技术人员的经验或测量温度、压力等参数对故障进行分析和判断，不检测机组的机械振动特性，维保模式是人工巡检和应急维修

巡检和抢修能够一定程度地遏制故障的再次发生，但绝大多数的维修行为，往往处于部件寿命周期的末端的应急响应。缺乏预防预知能力，耗费资源较多、备件库存高；存在过度保养，问题检出率低；对人员技能要求高

2、数字化油田建设需要打通底层物理设备的孤岛

随着智慧油田和数字化油田建设的发展，长庆油田通过推广井站数据实时采集、电子巡井、危害预警、远程控制等数字化管理，逐步实现中心站模式，无人值守站全面建设和投用。设备操作、巡检模式等传统完全依靠人为管理的模式发生了重大转变，建立智能模式，实现设备参数自动录取、在线监测运行状态、设备故障预警等动态管理是发展的需要

注水泵群数据采集系统通过对注水泵的振动和温度等信号的采集和分析，能有效监测注水泵机组运行，及时发现电机和注水泵潜在的故障，从而合理地安排检修，避免重大停车事故的发生，确保油田生产安全；同时，注水泵在线系统将彻底改变长庆油田传统的维修模式，变被动维修为主动维修，更有针对性地根据机组设备的故障类型、性质和部位等制定合理的维修保养方案

3、实现注水泵群运行状态监测、为健康评价、智能诊断、故障模型建设奠定基础

本创新项目以注水泵群为监测对象，制作一套注水泵群数据采集软件，连接多个数据采集节点，进行数据采集，故障分析和数据管理，通过系统的数据分析功能，实现识别故障来源，确定故障程度的目的。注水泵群数据采集系统的实施和应用将能够实现对注水泵设备运行状态的监测和异常报警，对数据的分析也实现了对设备故障来源和程度的诊断。该系统的应用将提高长庆油田的生产安全性，有效地减少设备的故障发生率，提高设备的作业率，降低设备的维修费用

二、采油三厂实施应用情

1、部署情

技术框

系统通过部署现场数据采集器，在注水泵关键部位部署振动温度一体化进口传感器采集数据，利用现场光纤网络将数据上传至服务器。服务器托管于采油三厂数字化机房。新寨作业区、油坊庄二区、五里湾一区等多地的客户端电脑均可通过第三采油厂的企业内网访问系统，并调阅设备相关数据、开展设备状态识别和隐患排查工作。服务器端软件采用B/S结构，基于.NET平台，综合运用多种技术手段，提供在线组态、振动数据采集、温度数据采集、实时数据查看、状态在线监测、状态报警识别、离线点检、振动数据分析、诊断助手、数据报表、与第三方数据接口等内容

3、状态监测思

借助数据高速存储、网络技术、分析技术。对注水泵各零部件在运行过程中产生的海量数据，如振动、温度等，进行捕捉、存储和分析，与零部件的实际物理状态建立链接，从而实现对零部件状态的提前预知，弥补传统维保的不足

4、振动和温度的监

及时发现电机和泵体潜在的故障，合理地安排检修，最大限度提高注水泵设备的运行效率，避免重大事故。变被动维修为主动维修，更有针对性地根据机组设备的故障类型、性质和部位等制定合理的维修保养方案。在维修保养上做到预防预知，柔性执行

5、测点选择的考

考虑到成本和现场安装和运维的成本的角度，选择了泵的三个主要位置安装测点；分别是电机输出端，曲轴箱输入端和自由端；每台注水泵安装三个振动温度一体化传感器；传感器安装方式：钢盘胶粘固定+传感器螺栓紧固；在线路面铺管，采集器有线接入网络；16通道采集器，单台可支撑5台泵；云平台部署注水泵在线状态监测专用系统

6、可监测故障类

常规机械类故障：皮带轮对中、轴系松动、基础松动、皮带轮动不平衡

滚动轴承故障： 内圈、外圈、滚动体、保持架故障

润滑类问题： 通过温度监测变化趋势，提前预警润滑油状态，比如因为金属颗粒物增加引起的油温变化等问题

柱塞部分和液力端部件松动、刺漏、泵头开裂、间隙过大、螺栓松动、卡箍松动吸空、部件损伤、管线振动等引起的故障也都造成振动或者温度的变化

系统参考设备现场和ISO-10816-3等振动标准设置有多级报警机制，对接SCADA系统，可同步异常报警提醒

7、已发现案例类

注水泵进液管道泄漏引起的故

泵地脚螺栓松动引起的故

柱塞配件故障引起的故

电机故

共振故

曲轴箱中间支撑轴承滚动体故

液力端故

系统功能

监测技术参

加速度：0.1~200 m/s? ，10~10kHz ，等效峰值

速 度 ：0.1~200 mm/s ，10~1kHz ，有效值

位 移 ：1~2000 um ， 10~1kHz ，等效峰峰值

? 振动量程：±50g

温度量程：（2 ~ 120）℃

振动灵敏度：100mv/g

? 温度灵敏度：10mv/℃

?动态范围/分辨率：96dB/16Bit ；

采样率：2.56k / 12.8K /25.6k ；

? 频率分辨率：800/ 1600 /3200 /6400线；

支持以太网通讯、支持Modbus标准协议

IP65以上防护等级

军标插拔接口，防爆采集器

软件功

数据采集：a/v/d/T

趋势分析: 测量值/峰值指标/峭度指标/歪度指标/裕度指标/脉冲因

频谱分析：时域分析/幅值谱分析/标准包络/峰值包络/共振解调/瀑布

智能诊断：CBR自适应诊断模型/诊断助手/14000条内置轴承故障信号特征库/特征频率组技

运维管理：缺陷管理/设备履

状态评价：启停动态监控/MTBR/MTT

采用专利与技术亮点

采用技术专

在提高系统信噪比方面，采用了国家发明专利技术—“一种机械振动故障特征时域盲提取方法”（公布号CN 104198187 A）

在大数据特征提取方面，采用了国家发明专利技术—“一种基于平面聚类和频域压缩感知重构的机械故障诊断方法”（公布号CN 104215456 A）

在大数据存储与处理方面，采用了国家发明专利技术—“一种在线状态监测系统的数据存储与处理方法”（公布号CN 102332035 A）

技术亮

无量纲指标的趋势分析：解决了多数人不会看频谱的问题

轴承库：解决了多数常用轴承的故障频谱样本

诊断助手：内置判定规则，协助人工聚类诊断

CBR：基于案例沉淀的自适应诊断模式，解决了设备基础信息不足，数据样本智能诊断

缺陷管理：解决了数据发现，报警，处理，保存案例。流程形成闭环

设备履历：建立设备启用至报废的服役寿命周期管理

系统部署策略：一级服务器为主服务器，部署在云平台上，负责提供诊断云服务、故障建模、数据积累及RTMS主系统应用，主要实现注水泵集群的性能评估与剩余寿命（RUL）预测；二级服务器为分厂级应用服务器，部署在各分厂IT机房中，负责数据采集组态、采集控制、数据边缘计算、云服务调用、与主服务器数据同步、缺陷跟踪、设备状态实时监控等内容，主要实现零件性能退化和个体剩余寿命（RUL）预测

效益分

管理效

对基层设备管理

可以直观查看各注水泵运行状态的变化趋势

无量纲指标趋势，不需要岗位工具备很深的诊断分析知识，很容易发现异常问题，符合岗位工的监控需要，做到警情及时汇报

发现异常，系统自动颜色报警，及时通知相关人员密切关注或采取措施

不用频繁巡查泵房，减少人力

对作业区机动组管理

每天上班通过电脑系统可巡视各泵房运行健康状况，根据运行数据异常情况，安排泵站日常维护措施

重大异常情况，根据数据分析，制定当天的现场进一步跟踪措施

为泵房的生产调度、更换运行台泵，提供数据支撑

学习频谱分析，提高故障的定源定位分析，预防故障，预知维修能力

对厂级设备管理

动态把控作业区泵群运行的健康状况，做到心中有底

实现泵群运行数字化监控，数据支撑决策

缺陷管理模块可完成现场运维检修的流程工单，可动态把控运维措施

全面掌握泵群运行的健康状态，实现运行可监控，措施可预防，维修可靠。提高设备管理水平。

通过在线监测系统的建设，改善注水泵群运维管理方式，逐步树立状态监测，预知维修的意识，建立完善泵群运维管理制度和体系文化

对智慧油田、数字化油田系统平台的建

数据采

?支撑设备状态监测平台的底层数据采集，运行状态监测，为油田设备的运行状态数字化建设提供数据流

数据分析与智能诊

?数据分析算法和智能诊断模块的建设，为后续平台智能化建设提供数据分析工具

专业技术团队建

? 基于平台的建设需要，培训和建立基于油田设备运行状态的专业诊断分析师团队，为后续统一化的数据分析平台建设储备人才

专有故障模型沉

?基于油田设备现场故障模型沉淀，建立独有专属的油田关键设备运维故障库，作为工业大数据应用的基础

经济效益分

按目前注水泵的年度维修统计，每台泵每月液力端检维修平均一次，每次大概1个工作日，如果更换电机或者曲轴箱、泵头等大型配件，平均需要3个工作日。如果通过状态监测手段，减少拆机检修次数，增加运行周期，减少维修时间，每台泵每年预期日常维护节约10个工作日，减少检维修次数5次左右。平均节约成本在1万/台

目前注水泵房安排的都是人工定点巡查，每天计划2小时到泵房巡视一边，查看观察泵房运行状况，如果采用在线监测系统，可节约一个人工，按目前人工收入标准，单泵站每年节约10万元左右

目前注水泵的修理工作主要是第三方外包服务，原来以定修和更换备件为主，或者是临时抢修，通过在线监测系统的数据采集分析，可提高泵群健康监测的有效性和预知故障。减少过度维修和备件更换，为年度维修协议提供有利的数据支撑，在这部分，每台泵可节约1万元左右，单泵房可节约4-5万左右

目前注水泵单台稳定运行一般在23天左右，如果通过系统监测，实现预知状态维修，可增加2-3天无故障时间，提升设备产能

安全效益分

生产安全：注水泵属于高压设备，液力端存在严重的安全隐患，在多年的泵群运行过程中，液力端螺栓掉落飞溅伤人，皮带轮打滑脱落，人员衣服缠绕皮带，出液口压力过大，管线崩裂，盘根刺漏，润滑油乳化，高温冒烟甚至燃烧。也曾出现过伤人事件，通过安装在线监测系统，减少了人员到现场的次数。有效减少了危险因素的干扰

环境安全：注水泵分为清水泵和污水泵，以往因为污水泵的运行监测不到位，有时候会出现泵房污水泄露，通过振动监测，可以监控液力端脉冲振动，对管线安全可以起到一定的预防作用，减少污水大面积，长时间的泄漏，可有效避免环境污染问题

推广范围

油田企业：注水泵、输油泵、给水泵、压缩机等关键主要设备在线监测

炼化企业：关键装置及动设备在线监测

水泥企业：破碎机、入窑/入库提升机、窑头/窑尾风机、篦冷风机、回转窑、煤磨、立磨、辊压机等全流程关键主要设备在线监测

汽车制造行业：油漆车间供风系统的风机群，冲压车间冲压系统等关键主要设备在线监测

冶金行业：炼钢、炼铁、冷轧、热轧、能动等流程动设备关键主要设备在线监测

发动机企业：关键机床、试车台架、疲劳试验机等关键设备在线监测

矿山行业：破碎机、输送带、大型提升机、轴流风机等关键设备在线监测