武震华 贺相军 邱波 王光明

(海洋石油工程股份有限公司设计院，天津 塘沽 300451）

1 前言

随着海洋石油平台无人化研究的进一步深化，如何实现平台上生产设施的无人化巡检和远程故障检测已经成为急需解决的重要课题，针对海上无人平台大型机械动设备的远程故障诊断进行研究，以期通过相关研究可以更进一步的为大型机械动设备的远程故障诊断提供思路和技术支撑，达到设备问题早发现、早解决，降低平台运营成本、提高劳动生产率，消减安全风险。

多级离心泵是海洋石油平台的原油外输泵和注水泵的常用选型，它具有高效节能、性能范围广、运行安全平稳、低噪音、长寿命、安装维修方便等优点，通过改变泵的材质、密封型式和增加冷却系统、可输送热水、油类、腐蚀性的介质。

2 多级离心泵的结构

对于作为平台上的常规原油外输泵或注水泵的多级离心泵，其又分为水平剖分多级离心泵和轴向剖分多级离心泵，海洋石油平台多采用水平剖分多级离心泵，其采用蜗壳形泵体，每个叶轮的外围都有相应的蜗室，相当于将几个单级蜗壳泵装在同一根轴上串联工作，所以又叫蜗壳式多级泵，如图1。由于泵体是水平剖分式，吸入口和排出口都直接铸在泵体上，检修时很方便，只需把泵盖取下，即可暴露出整个转子，在检修转子时，需要将整个转子吊出，不必拆卸连接管路。由于泵的叶轮通常为偶数对称布置，大部分轴向力得到平衡，因而不需要安装轴向平衡装置。

图1 水平剖分多级离心泵结构图

水平剖分多级离心泵具有可靠性高、寿命长、易检修维护等优点，主要用于油田注水、原油输送、锅炉给水、石油化工等固体浓度小于5%wt，颗粒直径小于0.2mm的水或物理性质类似于水的各种介质输送。

3 多级离心泵的监测信号

为了能够了解多级离心泵的运行状态，则需要对泵各种运行状态参数进行监测，一般需要监测泵进出口压力、各个轴温、电机各相绕组温度，具体监测信号及监测位置如图2。

图2 多级离心泵信号监测点及参数

多级离心泵的具体信号监测位置及监测参数为：电机绕组A相温度、电机绕组B相温度、电机绕组C相温度、电机非驱动端轴承温度、电机驱动端轴承温度、泵驱动端轴承温度、泵非驱动端轴承温度、泵壳体温度、泵入口压力、泵出口压力、泵驱动端轴承振动值、泵非驱动端轴承振动值、电机驱动端轴承振动值、电机非驱动端轴承振动值。通过这些信号的监测，了解泵的运行性能及机械性能，可以提前发现潜在故障和已经出现的故障。

常规多级离心泵通常设置如下：

电机绕组温度：135℃报警、145℃停机；

泵、电机滚动轴承温度：90℃报警、95℃停机；

泵、电机滑动轴承温度：75℃报警、80℃停机；

泵轴承振动：11.2mm/s报警、14.1mm/s停机；

泵壳体温度：按泵进口压力扣除泵的必须汽蚀余量值后以该差值为饱和蒸汽压值查出输送介质对应的饱和温度值，该温度值降低5度为报警值，降低10度为停机值。

以上信号均可在当地控制盘和远程中控显示、监控，如果监测值超过设定值，给予警示及相应的动作。

4 多级离心泵监测信号采集及传输方案

多级离心泵所有状态监测信号均通过预先安装于指定位置的传感器监测，通过变送器传送至现场控制盘，现场控制盘经过收集处理后，通过RS485线传至平台的现场中控室，在中控室中可以监控这些现场信号，并记录、存储、并通过海底电缆及广域网传至远程监控诊断管理维护中心，在此中心，所有信号数据通过数据形式及图表形式显示、存储，如图3。

通过图3可以看出，通过网络传过来的现场监测数据可以通过远程终端随时接入查看，也可以通过远程监控诊断管理维护中心进行实时监控，并对接远程人工专家系统和远程大数据中心，现场监测数据一旦出现异动，远程人工专家系统介入诊断，并辅以远程大数据中心初步判断可能存在的故障或者潜在风险，由此快速确定泵运行状态及后期可能出现的问题。

图3 多级离心泵监测信号采集及传输方案图

远程监控诊断管理维护中心的主要任务是远程监控及远程诊断，远程监控主要通过网络及网页版监控系统实现，远程诊断主要依赖于人工专家系统和远程大数据中心，人工专家系统可以通过专家组在线分析及判断，诊断可能出现故障原因，专家组成员可以是厂家专业人员、经验丰富的现场操作人员以及高等学校的学者教授等；而远程大数据中心主要通过类似泵大量故障数据的积累，再借助学习系统或者类似人工神经网络系统，通过数据积累和分析，判断可能出现的问题，再由人工专家系统复合，最终诊断出故障原因及可能的发展趋势，并提出解决思路和方案。

5 多级离心泵常规故障及原因

水平剖分多级离心泵（BB3型）的多级离心泵属于成熟泵型，因此其故障类型也相对比较常见，下表是多级离心泵常见的故障类型及原因，可写入远程专家系统或者远程大数据中心，作为参考进行比对。

序号 故障 原因 故障排除1、增大出水阀门开度直到额定点2、充分排气或灌满水3、去除管道或叶轮内沉积物4、检查管路、阀门、过滤器5、增加泵转速6、检查间隙、更换磨损件7、检查最小流量系统1 泵流量小于额定值进低口6、管泵道的或7、最小流2 泵出口压定力值大于额1、转速过1、转速过3 泵出口压定力值小于额部没元有件充磨分损6、吸入压1、前置泵4 泵进口吸入压力低3、吸入管全打开5 轴封、机大封泄露量1圈衡、水损轴管坏套堵或、塞1、最小流6 泵体温度异常 量阀动作手动阀关闭1、泵扬程过高2、泵或管路没有充分排气3、叶轮阻塞4、NPSHa过低5、转速过内部元件磨损（轴套、密封环等）量阀不能正常关闭高2、泵在低于额定流量运转 1、降低转速或切割叶轮2、增大出口阀开度至额定流量低2、泵在大流量区运行3、泵的内（轴套、密封环等）4、泵或管路排气5、最小流量阀不能正常关闭力不足1、提高转速至额定值2、关小出口阀门开度至额定值3、检查间隙，更换磨损件4、充分排气或灌满水5、检查最小流量系统6、检查进水管路1、检查前置泵2、清理自动过滤器3、排空管道内空气4、检查进口阀输入压力不足2、自动过滤器堵塞内混入空气4、进口阀堵塞或未完密封套、静或动密封面磨损2、O型密封面受损3、转子中心偏高4、平1、更换新的零件2、检查更换或修复3、重新调整转子中心4、检查清理平衡水管量阀孔或节流孔板堵塞2、最小流不良3、壳体温度异常4、最小流量5、泵异常1、检查清扫阀孔及节流孔板2、拆开阀体并检查3、检查限位开关的安装与动作4、打开手动阀5、检查修理内部

1、轴7 轴承温度高 过低件磨1、不8 异常振动 或部件气内夹承损坏2、润滑油量不足3、油位过高或4、油质差5、有异物进入6、泵的内部元损，轴向力变化7、泵组没有正确校准1、检查轴承；如有必要，更换2、检查润滑系统油压、是否堵塞3、补充润滑油或调整油位至规定值4、更换润滑油5、检查油过滤器或清洁轴承箱并更换油6、更换合格零件7、检查联轴器；必要时重新校准1、检查对中性2、检查转子的动平衡3、排尽气体并检查系统的气密性4、检查联轴器5、检查并测量转子的间隙6、更换轴承7、更换或修复8、排尽气体并检查系统的气密性9、底板底部没有正确的支撑9 泵很快停转 1、泵转动部件卡死 1、拆开泵更换损坏零件并重新装配10 泵泄露 1、O形圈损坏或密封面受损2、螺栓松动 1、检查更换或修复2、重新紧固螺栓11 电机事故或超载 1、超负荷2、低电压3、电机起动停滞4、接地5、泵的内部元件磨损对中2、转子不平衡3、液体内夹带空气体4、联轴器不平衡5、转动部件与静止接触6、轴承间隙增大7、轴变形8、液体带空气或气体9、安装不正确1、泵内部摩擦或流量过大，降低流量2、检查电源3、调节定时器装置4、检查配线阻值5、更换合格零件12 油路故障 1、油泵故障2、安全阀调节压力不良3、管道漏油4、油滤器和配管堵塞1、检查、维修油泵2、调整安全阀3、检查修理漏点4、清洗油滤器和油配管13 起动停滞 1、输出电动阀故障2、输出压力开关动作不良3、起动回路异常1、检查全开限位开关的动作2、调节或更换压力开关3、检查电气回路14 泵润滑油压低 1、润滑油泵辅助油泵主油泵故障2、低电压3、管路漏油4、油滤器配管堵塞1、检修油泵2、调正安全阀3、检查修理漏洞4、清洗油滤器和油配管15 泵冷却水断水 1、冷却水出入口阀关闭2、冷却通水部分堵塞1、打开阀2、检查堵塞，除去异物16 自动过滤器压差大1、滤芯堵塞2、过滤器入口阀闭 1、进行排泄，并拆开进行清洗2、打开入口阀17 其它故障 1、超负荷2、电流过大 1、拆开修理2、检查配阀

从上表可以看出，多级离心泵的常规故障基本都可以通过温度、振动、流量及压力等数据监测出来，个别例如泄露之类的故障，也可以通过视频监控或红外探测予以发现，因此，从目前的监测手段，通过一定的专家系统，基本可以预测或发现多级离心泵的常规故障。

6 多级离心泵远程监控及诊断总体功能模块

建立基于云计算的设备远程故障诊断系统的主要目的是帮助企业用户在设备遇到故障不能正常运行时能够通过进行故障诊断，而不需要设备维修人员到现场，这样可以在最短的时间内解决故障，减少损失。

远程诊断中心在整个故障诊断系统中处于核心地位，它帮助用户完成设备故障的诊断以及诊断记录的存储。远程诊断中心可以帮助业主完成设备故障的诊断和存储，应该具备以下功能：

故障信息存储及查询功能：多级离心泵所有监测信息，包括温度、压力、振动以及音视频都在现场和远程实时记录存储，如果人员到现场检修，可以通过现场记录的信息了解故障情况。远程故障诊断中心也必须可以实时保存现场数据，方便远程专家查询和诊断分析。

故障远程诊断功能：在远程故障诊断中心会提前存储多级离心泵的正常运行参数，现场运行参数波动在正常范围内，则只是记录和显示曲线，如果出现运行参数超出正常范围，则在远程诊断中心监视器上提示多级离心泵运行异常，并根据预先在系统设置的各种故障的表现，进行提示性显示。同时，提醒远程专家介入故障诊断，预判可能存在问题。

7 结论

通过梳理多级离心泵的原理、结构，性能参数的梳理，制订了多级离心泵远程监测及诊断方案，并对多级离心泵常见的故障和信号显示进行了归纳，为后续无人平台多级离心泵的远程故障及专家诊断系统做好了方案规划研究。