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1、安全工程信息化技术基础应用实例,叶迎春 机械与储运工程学院,实例一 安全监测系统,2,本章目录,2020/7/29,3,主要内容,1、多源数据采集与预处理模型 2、泵机组与管道的工况耦变规律研究 3、基于耦合分析的管道泄漏检测方法研究 4、基于耦合分析的机组故障监测与精确诊断方法 5、实时数据驱动的远程安全预警模型,2020/7/29,4,1、多源数据采集系统结构,在线数据采集系统 采样频率慢（16Hz） 不间断持续采集 数据类型多样,离线数据采集系统 采样频率高（1KHz） 间歇性采集 振动数据（受传感器种类限制）,适用于：管道泄漏检测、机组故障监测、安全预警过程,适用于：机组精确故障诊断过
2、程,2020/7/29,5,2、在线数据采集系统构建,硬件：SCADA系统数据采集终端（PLC） 软件：基于OPC的远程数据采集技术,OPC是一个工业通讯标准，它建立了一组符合工业控制要求的数据接口规范，能够解决上位机和不同硬件设备间的远程通讯问题。,泵站PLC及机柜面板,OPC数据通讯技术,通讯速率快可靠性高,2020/7/29,6,服务器端 客户端（CS模式）,OPC服务器 (OFS 3.0 ),OPC.Net 自动化接口,2、在线数据采集系统构建,2020/7/29,7,3、离线数据采集系统,中国石油大学（北京）自主开发的EDES-4型数据采集系统,振动信号测点布置图,采集系统软件,采集
3、系统硬件,2020/7/29,8,4、机组故障监测,SCADA系统故障监测功能是对实时状态量的简单阈值判断，实现不了对机组隐含故障的监测，并且存在误报警的现象。,SCADA系统工艺参数截屏,现场SCADA系统带有机组故障监测功能,SCADA系统 报警参数表,2020/7/29,9,5、HAZOP分析的安全知识库构建,安全知识元创建,工艺参数节点 根据过程参量的数据类型来划分,2020/7/29,10,6、远程安全预警模型,2020/7/29,11,6、软件介绍,设计开发了“泵机组与管道故障诊断与安全预警”系统软件，并应用到了中石化东临复线原油管道安全生产中。,2020/7/29,12,7、数据
4、库表结构设计,2020/7/29,13,8、系统软件实现,OPC数据采集与预处理子系统,2020/7/29,14,8、系统软件实现,主要功能子系统,管道泄漏检测页面,机组故障监测页面,机组故障精确诊断页面,远程安全预警页面,2020/7/29,15,历史数据查看器,8、系统软件实现,辅助功能页面,实时数据查看器,全线设备运行状态查看器,软件配置功能页面,实例二 模拟与仿真,16,本章目录,1、安全阀在正常工况下偶尔异常开启；,3、液位计振动幅度较大，使部分构件产生严重压痕；,4、注油无缝钢管在高频小振幅振动下曾经引起过断裂；,5、压缩机组在850转/分工况下振动特别剧烈，目测感觉非常危险，该振
5、动可能 导致地脚螺栓崩断。,故障表现形式：,2、一级排气与二级进气口连接处振动引起连接螺栓松动，造成严重的安全隐患；,基础知识,1排气阀 2气缸 3活塞 4活塞杆 5十字头 6连杆 7曲柄 8吸气阀 9阀门弹簧,组成,机 体,传 动 机 构,压 缩 机 构,润 滑 冷 却,组成,故障形式,诊断方法,结构,排气量不足,压力异常,温度异常,热力故障,异常响声,振动,过热,机械故障,-19-,2020/7/29,仿真诊断总体方案设计,大张坨压缩机照片,压缩机模型,经过现场测绘及贵公司提供的材料，对压缩机整机建模如下：,-20-,2020/7/29,仿真诊断总体方案设计,3号洗涤罐,4号洗涤罐,1号洗
6、涤罐,2号洗涤罐,1级进气缓冲罐,1级出气缓冲罐,2级进气缓冲,2级出气缓冲罐,3级进气缓冲罐,3级出气缓冲罐,-21-,2020/7/29,基于固有特性分析的压缩机减振研究,网格单元：Solid45 弹性模量：2.1E11Pa 泊 松 比：0.3 密 度：7800kg/m3 单 元 数：683469 节 点 数：204681,-22-,2020/7/29,基于固有特性分析的压缩机减振研究,零位移：44个地脚螺栓 进出气口管道截面,压缩机前10阶固有频率,压缩机整机的各阶固有频率都比较低，一阶频率只有27.67Hz，这与往复式压缩机的激振频率900/60=15Hz接近。因此曲轴的转动很容易激发
7、压缩机整机产生共振。并且由于前十阶频率都与激振频率相差不大，所以压缩机整机的振动表现为各低阶振型的叠加。,一阶模态位移云图,七阶模态位移云图,十阶模态位移云图,压缩机的振型主要表现为洗涤罐的振动，而液位计位于洗涤罐之上，所以其振动很大。,大张坨储气库现场调研结果：往复式压缩机工作时，洗涤灌振动比较剧烈，液位计目测振动很大。,基于固有特性分析的压缩机减振研究,-24-,2020/7/29,基于固有特性分析的压缩机减振研究,整 机 振 动 最 大 位 移 出 现 在 洗 涤 罐 及 缓 冲 罐,-25-,2020/7/29,基于固有特性分析的压缩机减振研究,洗涤罐支架尺寸图,-26-,2020/7
8、/29,两种压缩机模型的模态频率对比,压缩机的振动主要是由低价固有频率决定，添加洗涤罐支撑后其低阶固有频率明显提高（1-4阶）。低阶固有频率的提高意味着可以使压缩机远离共振区，从而达到减小振动的目的。,基于固有特性分析的压缩机减振研究,-27-,2020/7/29,未添加支架的压缩机一阶振型中的最大位移为2.34cm，添加支架后的压缩机一阶振型中的最大位移为2.27cm，最大位移均出现在3级进气洗涤罐上，洗涤罐增加支架后的一阶最大位移降低了2.9%；三阶振型最大位移由4.1cm降低到3.6cm，降低了10.9%。因此压缩机洗涤罐增加支架后能有效的降低洗涤罐的振动。,支架模型一阶振型,支架模型三
9、阶振型,正常模型一阶振型,正常模型三阶振型,基于固有特性分析的压缩机减振研究,-28-,2020/7/29,压缩机整机瞬态动力学分析,压缩机瞬态动力学的载荷施加,曲轴的支反力,地脚螺栓约束,气缸内的交变压力,-29-,2020/7/29,关键部件易发生故障部位静力分析,曲轴结构复杂，工作受力情况复杂，曲轴承受着周期性变化的气体力，往复运动质量惯性力，旋转运动离心力的共同作用，对曲轴进行静力学分析，分析曲柄轴在受压下曲轴对位移、应力、应变情况，分析故障部位和原因。 分析模型采用体单元SOLID95进行网格划分，曲轴单元数20028，节点数30693。材料属性参数为E=2.11011Pa，=0.3
10、，=7800kg/m3，有限元模型如下图所示。,-30-,2020/7/29,通过以上分析可知在曲柄轴受压工况下，曲柄轴与曲柄的连接处应力、应变集中，是曲轴承载力最明显的位置，这个位置即为曲轴最容易出现裂纹的地方。根据以往压缩机曲轴裂纹故障发生位置可证明此分析与实际情况相符。,关键部件易发生故障部位静力分析,实例三 天然气管道泄漏监测系统,31,本章目录,天然气管道泄漏监测系统,2.3.4 安全管理信息系统的应用,2020/7/29,32,音波数据采集器公共参数,2.3.4 安全管理信息系统的应用,2020/7/29,33,2020/7/29,34,多源信息综合分析界面,2.3.4 安全管理信息系统的应用,2020/7/29,35,数据库字段定义,2.3.4 安全管理信息系统的应用,2020/7/29,36,历史信息查询界面,2.3.4 安全管理信息系统的应用,2020/7/29,37,主界面,2.3.4 安全管理信息系统的应用,
