安全工程信息化技術(shù)應(yīng)用工程實(shí)例

安全工程信息化技術(shù)基礎(chǔ)

應(yīng)用實(shí)例葉迎春機(jī)械與儲(chǔ)運(yùn)工程學(xué)院實(shí)例一安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2本章目錄2023/2/13主要內(nèi)容1、多源數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理模型2、泵機(jī)組與管道的工況耦變規(guī)律研究3、基于耦合分析的管道泄漏檢測(cè)方法研究4、基于耦合分析的機(jī)組故障監(jiān)測(cè)與精確診斷方法5、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的遠(yuǎn)程安全預(yù)警模型2023/2/141、多源數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)結(jié)構(gòu)在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣頻率慢（<16Hz）不間斷持續(xù)采集數(shù)據(jù)類(lèi)型多樣離線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采樣頻率高（>1KHz）間歇性采集振動(dòng)數(shù)據(jù)（受傳感器種類(lèi)限制）適用于：管道泄漏檢測(cè)、機(jī)組故障監(jiān)測(cè)、安全預(yù)警過(guò)程適用于：機(jī)組精確故障診斷過(guò)程2023/2/152、在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)建硬件：SCADA系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集終端（PLC）軟件：基于OPC的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集技術(shù)OPC是一個(gè)工業(yè)通訊標(biāo)準(zhǔn)，它建立了一組符合工業(yè)控制要求的數(shù)據(jù)接口規(guī)范，能夠解決上位機(jī)和不同硬件設(shè)備間的遠(yuǎn)程通訊問(wèn)題。OPC協(xié)議泵站PLC及機(jī)柜面板OPC數(shù)據(jù)通訊技術(shù)通訊速率快

可靠性高2023/2/16服務(wù)器端–客戶端（CS模式）OPC服務(wù)器(OFS3.0)OPC.Net自動(dòng)化接口2、在線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)建2023/2/173、離線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中國(guó)石油大學(xué)（北京）自主開(kāi)發(fā)的EDES-4型數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)振動(dòng)信號(hào)測(cè)點(diǎn)布置圖采集系統(tǒng)軟件采集系統(tǒng)硬件2023/2/184、機(jī)組故障監(jiān)測(cè)SCADA系統(tǒng)故障監(jiān)測(cè)功能是對(duì)實(shí)時(shí)狀態(tài)量的簡(jiǎn)單閾值判斷，實(shí)現(xiàn)不了對(duì)機(jī)組隱含故障的監(jiān)測(cè)，并且存在誤報(bào)警的現(xiàn)象。SCADA系統(tǒng)工藝參數(shù)截屏現(xiàn)場(chǎng)SCADA系統(tǒng)帶有機(jī)組故障監(jiān)測(cè)功能SCADA系統(tǒng)報(bào)警參數(shù)表2023/2/195、HAZOP分析的安全知識(shí)庫(kù)構(gòu)建安全知識(shí)元?jiǎng)?chuàng)建工藝參數(shù)節(jié)點(diǎn)根據(jù)過(guò)程參量的

數(shù)據(jù)類(lèi)型來(lái)劃分2023/2/1106、遠(yuǎn)程安全預(yù)警模型2023/2/1116、軟件介紹設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了“泵機(jī)組與管道故障診斷與安全預(yù)警”系統(tǒng)軟件，并應(yīng)用到了中石化東臨復(fù)線原油管道安全生產(chǎn)中。軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集與處理子系統(tǒng)管道泄漏檢測(cè)子系統(tǒng)機(jī)組故障診斷子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)安全預(yù)警子系統(tǒng)2023/2/1127、數(shù)據(jù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)2023/2/1138、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)OPC數(shù)據(jù)采集與預(yù)處理子系統(tǒng)2023/2/1148、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)主要功能子系統(tǒng)管道泄漏檢測(cè)頁(yè)面機(jī)組故障監(jiān)測(cè)頁(yè)面機(jī)組故障精確診斷頁(yè)面遠(yuǎn)程安全預(yù)警頁(yè)面2023/2/115歷史數(shù)據(jù)查看器8、系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)輔助功能頁(yè)面實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)查看器全線設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)查看器軟件配置功能頁(yè)面實(shí)例二模擬與仿真16本章目錄1、安全閥在正常工況下偶爾異常開(kāi)啟；3、液位計(jì)振動(dòng)幅度較大，使部分構(gòu)件產(chǎn)生嚴(yán)重壓痕；4、注油無(wú)縫鋼管在高頻小振幅振動(dòng)下曾經(jīng)引起過(guò)斷裂；5、壓縮機(jī)組在850轉(zhuǎn)/分工況下振動(dòng)特別劇烈，目測(cè)感覺(jué)非常危險(xiǎn)，該振動(dòng)可能導(dǎo)致地腳螺栓崩斷。故障表現(xiàn)形式：2、一級(jí)排氣與二級(jí)進(jìn)氣口連接處振動(dòng)引起連接螺栓松動(dòng)，造成嚴(yán)重的安全隱患；基礎(chǔ)知識(shí)1—排氣閥2—?dú)飧?—活塞4—活塞桿5—十字頭6—連桿7—曲柄8—吸氣閥9—閥門(mén)彈簧組成機(jī)體傳動(dòng)機(jī)構(gòu)壓縮機(jī)構(gòu)潤(rùn)滑冷卻組成故障形式診斷方法結(jié)構(gòu)排氣量不足壓力異常溫度異常熱力故障異常響聲振動(dòng)過(guò)熱機(jī)械故障

參數(shù)監(jiān)測(cè)

溫度監(jiān)測(cè)

介質(zhì)金屬法

振動(dòng)信號(hào)分析法

油液分析

-19-2023/2/1仿真診斷總體方案設(shè)計(jì)大張坨壓縮機(jī)照片壓縮機(jī)模型經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)繪及貴公司提供的材料，對(duì)壓縮機(jī)整機(jī)建模如下：-20-2023/2/1仿真診斷總體方案設(shè)計(jì)3號(hào)洗滌罐4號(hào)洗滌罐1號(hào)洗滌罐2號(hào)洗滌罐1級(jí)進(jìn)氣緩沖罐1級(jí)出氣緩沖罐2級(jí)進(jìn)氣緩沖2級(jí)出氣緩沖罐3級(jí)進(jìn)氣緩沖罐3級(jí)出氣緩沖罐-21-2023/2/1基于固有特性分析的壓縮機(jī)減振研究網(wǎng)格單元：Solid45彈性模量：2.1E11Pa泊松比：0.3密度：7800kg/m3單元數(shù)：683469節(jié)點(diǎn)數(shù)：204681-22-2023/2/1基于固有特性分析的壓縮機(jī)減振研究零位移：44個(gè)地腳螺栓進(jìn)出氣口管道截面階數(shù)一階二階三階四階五階六階七階八階九階十階頻率（Hz）27.6732.0243.0648.9969.0470.6973.0179.8785.8988.35壓縮機(jī)前10階固有頻率壓縮機(jī)整機(jī)的各階固有頻率都比較低，一階頻率只有27.67Hz，這與往復(fù)式壓縮機(jī)的激振頻率900/60=15Hz接近。因此曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)很容易激發(fā)壓縮機(jī)整機(jī)產(chǎn)生共振。并且由于前十階頻率都與激振頻率相差不大，所以壓縮機(jī)整機(jī)的振動(dòng)表現(xiàn)為各低階振型的疊加。一階模態(tài)位移云圖七階模態(tài)位移云圖十階模態(tài)位移云圖壓縮機(jī)的振型主要表現(xiàn)為洗滌罐的振動(dòng)，而液位計(jì)位于洗滌罐之上，所以其振動(dòng)很大。大張坨儲(chǔ)氣庫(kù)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研結(jié)果：往復(fù)式壓縮機(jī)工作時(shí)，洗滌灌振動(dòng)比較劇烈，液位計(jì)目測(cè)振動(dòng)很大?；诠逃刑匦苑治龅膲嚎s機(jī)減振研究-24-2023/2/1基于固有特性分析的壓縮機(jī)減振研究整機(jī)振動(dòng)最大位移出現(xiàn)在洗滌罐及緩沖罐-25-2023/2/1基于固有特性分析的壓縮機(jī)減振研究洗滌罐支架尺寸圖-26-2023/2/1階數(shù)一階二階三階四階五階六階七階八階九階十階支架模型頻率（Hz）28.0437.2246.2564.3769.4070.5470.5972.6980.0786.13正常模型頻率（Hz）27.6732.0243.0648.9969.0470.6973.0179.8785.8988.35兩種壓縮機(jī)模型的模態(tài)頻率對(duì)比

壓縮機(jī)的振動(dòng)主要是由低價(jià)固有頻率決定，添加洗滌罐支撐后其低階固有頻率明顯提高（1-4階）。低階固有頻率的提高意味著可以使壓縮機(jī)遠(yuǎn)離共振區(qū)，從而達(dá)到減小振動(dòng)的目的?；诠逃刑匦苑治龅膲嚎s機(jī)減振研究-27-2023/2/1

未添加支架的壓縮機(jī)一階振型中的最大位移為2.34cm，添加支架后的壓縮機(jī)一階振型中的最大位移為2.27cm，最大位移均出現(xiàn)在3級(jí)進(jìn)氣洗滌罐上，洗滌罐增加支架后的一階最大位移降低了2.9%；三階振型最大位移由4.1cm降低到3.6cm，降低了10.9%。因此壓縮機(jī)洗滌罐增加支架后能有效的降低洗滌罐的振動(dòng)。支架模型一階振型支架模型三階振型正常模型一階振型正常模型三階振型基于固有特性分析的壓縮機(jī)減振研究-28-2023/2/1壓縮機(jī)整機(jī)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)分析壓縮機(jī)瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的載荷施加曲軸的支反力地腳螺栓約束氣缸內(nèi)的交變壓力-29-2023/2/1關(guān)鍵部件易發(fā)生故障部位靜力分析

曲軸結(jié)構(gòu)復(fù)雜，工作受力情況復(fù)雜，曲軸承受著周期性變化的氣體力，往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量慣性力，旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)離心力的共同作用，對(duì)曲軸進(jìn)行靜力學(xué)分析，分析曲柄軸在受壓下曲軸對(duì)位移、應(yīng)力、應(yīng)變情況，分析故障部位和原因。分析模型采用體單元SOLID95進(jìn)行網(wǎng)格劃分，曲軸單元數(shù)20028，節(jié)點(diǎn)數(shù)30693。材料屬性參數(shù)為E=2.1×1011Pa，μ=0.3，ρ=7800kg/m3，有限元模型如下圖所示。

-30-2023/2/1通過(guò)以上分析可知在曲柄軸受壓工況下，曲柄軸與曲柄的連接處應(yīng)力、應(yīng)變集中，是曲軸承載力最明顯的位置，這個(gè)位置即為曲軸最容易出現(xiàn)裂紋的地方。根據(jù)以往壓縮機(jī)曲軸裂紋故障發(fā)生位置可證明此分析與實(shí)際情況相符。關(guān)鍵部件易發(fā)生故障部位靜力分析實(shí)例三天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)31本章目錄長(zhǎng)輸天然氣管道泄漏檢測(cè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取方法研究多源信息融合技術(shù)研究多線程分析模型建立數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)研究系統(tǒng)封裝及發(fā)布前期仿真在線測(cè)試SCADA系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)主線程分析線程存儲(chǔ)格式存儲(chǔ)內(nèi)容可執(zhí)行文件音波數(shù)據(jù)音波波速修正管道狀態(tài)分析信息查詢數(shù)據(jù)維護(hù)計(jì)算時(shí)間差泄漏定位公式泄漏工況正常工況報(bào)警定位主界面提示天然氣管道泄漏監(jiān)測(cè)系統(tǒng)2.3.4安全管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用2023/2/132音波數(shù)據(jù)采集器公共參數(shù)2.3.4安全管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用2023/2/1332023/2/134

多源信息綜合分析界面

2.3.4安全管理信息系統(tǒng)的應(yīng)用2023/2/135字段含義字段含義InP進(jìn)站壓力InT進(jìn)站溫度OutP出站壓力OutT出站溫度InF進(jìn)站流量進(jìn)站密度OutF出站