安全工程信息化技术应用-工程实例

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,*,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,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,2024/11/28,3,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,2024/11/28,4,1,、多源数据采集系统结构,在线数据采集系统,采样频率慢（,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程,2024/11/28,5,2,、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。,OPC,协议,泵站,PLC,及机柜面板,OPC,数据通讯技术,通讯速率快,可靠性高,2024/11/28,6,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,2024/11/28,7,3,、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,采集系统硬件,2024/11/28,8,4,、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,2024/11/28,9,5,、,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,2024/11/28,10,6,、远程安全预警模型,2024/11/28,11,6,、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。,软件系统,数据采集与处理子系统,管道泄漏检测子系统,机组故障诊断子系统,动态安全预警子系统,2024/11/28,12,7,、,数据库表结构设计,2024/11/28,13,8,、,系统软件实现,OPC,数据采集与预处理子系统,2024/11/28,14,8,、,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,2024/11/28,15,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,参数监测,温度监测,介质金属法,振动信号分析法,油液分析,-,19,2024/11/28,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：,-,20,2024/11/28,仿真诊断总体方案设计,3,号洗涤罐,4,号洗涤罐,1,号洗涤罐,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,-,21,2024/11/28,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/m,3,单 元 数：,683469,节 点 数：,204681,-,22,2024/11/28,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,阶数,一阶,二阶,三阶,四阶,五阶,六阶,七阶,八阶,九阶,十阶,频率（,Hz,）,27.67,32.02,43.06,48.99,69.04,70.69,73.01,79.87,85.89,88.35,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,-,24,2024/11/28,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,-,25,2024/11/28,基于固有特性分析的压缩机减振研究,洗涤罐支架尺寸图,-,26,2024/11/28,阶数,一阶,二阶,三阶,四阶,五阶,六阶,七阶,八阶,九阶,十阶,支架模型频率（,Hz,）,28.04,37.22,46.25,64.37,69.40,70.54,70.59,72.69,80.07,86.13,正常模型频率（,Hz,）,27.67,32.02,43.06,48.99,69.04,70.69,73.01,79.87,85.89,88.35,两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,-,27,2024/11/28,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,-,28,2024/11/28,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,-,29,2024/11/28,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,，,=7800kg/m3,，有限元模型如下图所示。,-,30,2024/11/28,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,长输天然气管道泄漏检测系统,数据获取,方法研究,多源信息融,合技术研究,多线程分析,模型建立,数据库技,术研究,系统封装,及发布,前期,仿真,在线,测试,SCADA,系,统状态参数,主,线程,分析,线程,存储格式,存储内容,可执行,文件,音波数据,音波波速修正,管道状态分析,信息,查询,数据,维护,计算,时间差,泄漏定,位公式,泄漏,工况,正常,工况,报警定位,主界面,提示,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,2024/11/28,32,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,2024/11/28,33,2024/11/28,34,多源信息综合分析界面,2.3.4,安全管理信息系统的应用,2024/11/28,35,字段,含义,字段,含义,InP,进站压力,InT,进站温度,OutP,出站压力,OutT,出站温度,InF,进站流量,进站密度,OutF,出站流量,OutD,出站密度,InA_O,进站音波原始信号电压（,mv,）,OutA_O,出站音波原始信号电压（,mv,）,InA_D,进站音波原始信号电压（,mv,）,OutA_D,出站音波原始信号电压（,mv,）,数据库字段定义,2.3.4,安全管理信息系统的应用,2024/11/28,36,历史信息查询界面,2.3.4,安全管理信息系统的应用,2024/11/28,37,主界面,2.3.4,安全管理信息系统的应用,演讲完毕，谢谢观看！,内容总结,安全工程信息化技术基础应用实例。安全工程信息化技术基础应用实例。2022/4/19。适用于：管道泄漏检测、机组故障监测、安全预警过程。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。服务器端 客户端（CS模式）。OPC服务器(OFS 3.0)。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。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。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，该振动可能。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。泊 松 比：0.3。密 度：7800kg/m3。节 点 数：204681,