一、引言川南頁巖氣開采具有多井位、分散、低壓、低產(chǎn)等特點，各類壓縮機組是構(gòu)建頁巖氣平臺增壓、集中增壓和外輸增壓的關(guān)鍵設(shè)備，年平均增壓貢獻率已超過５０％，對年產(chǎn)１００億立方米貢獻巨大。在信息化、數(shù)字化、智能化氣田推進過程中，在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（以下簡稱“在線監(jiān)測系統(tǒng)”）逐步成為壓縮機組的標(biāo)準配置，目前僅川南頁巖氣區(qū)塊已應(yīng)用了１９套，預(yù)計“十四五”期間監(jiān)測系統(tǒng)將增加至４０套以上，必將對設(shè)備遠程實時監(jiān)測、性能分析與故障診斷決策發(fā)揮重要作用。狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)主要是監(jiān)測設(shè)備的運行狀態(tài)，并對運行狀態(tài)進行分析處理，結(jié)合設(shè)備的歷史運行狀況來定量識別設(shè)備的技術(shù)狀態(tài)、性能、故障趨勢等，從而確定必要對策的技術(shù)；總體上可以把該技術(shù)分為狀態(tài)監(jiān)測、分析診斷、治理預(yù)防三部分。國內(nèi)石油石化企業(yè)自２０世紀８０年代開始對大型壓縮機、泵等安裝應(yīng)用在線監(jiān)測系統(tǒng)，歷經(jīng)３０余年的發(fā)展已趨于成熟。當(dāng)前，伴隨人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)的發(fā)展方向是設(shè)備故障智能預(yù)警、智能運維，并與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合等。二、在線監(jiān)測系統(tǒng)的需求分析２.１生產(chǎn)保障需求頁巖氣開采與常規(guī)氣有很大的不同，其特點主要表現(xiàn)在兩方面：一是氣井壓降快，維持產(chǎn)量的手段主要是增加新井?dāng)?shù)量，且往往是新井壓力較高、老井壓力較低，也就造成了各單井進入管網(wǎng)的壓力不同；二是由于各單井或平臺位置分布較分散，導(dǎo)致井口到集氣站距離不同，集輸管道壓降也不同，致使部分低壓氣井產(chǎn)氣不能進入管網(wǎng)而被迫停產(chǎn)，造成了資源浪費與經(jīng)濟損失。因此，增壓工藝應(yīng)用于低壓氣井或平臺，可以提高低壓氣井產(chǎn)量、提升氣田開發(fā)經(jīng)濟效益。通過對數(shù)十口頁巖氣生產(chǎn)井以平臺增壓、集中增壓方式實施開采，日產(chǎn)氣提高了１０％以上。各類壓縮機，特別以往復(fù)壓縮機為代表，在天然氣增壓領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。根據(jù)美國ＧＥ公司統(tǒng)計資料，有在線監(jiān)測系統(tǒng)的壓縮機組，維修費用可以減少４０％～５０％。目前我國石化企業(yè)平均年檢修費用消耗為４０００余萬元，若能減少事故的發(fā)生，從而延長設(shè)備檢修周期，例如由１年一修延長為３年兩修，則理論上可直接節(jié)省工作成本２６６７余萬元。因此可見，應(yīng)用在線監(jiān)測與故障診斷技術(shù)對延長機組檢維修周期、降低檢維修費用、保障企業(yè)長期穩(wěn)定生產(chǎn)有著重要作用。２.２安全管控需求因頁巖氣開發(fā)成本高，更加注重投資控本促效益，已對所用壓縮機組進行了標(biāo)準化設(shè)計，其中平臺增壓對應(yīng)３１５ｋＷ、５００ｋＷ往復(fù)壓縮機組，集中增壓對應(yīng)８００ｋＷ、１８００ｋＷ往復(fù)壓縮機組，外輸增壓采用ＰＣＬ系列大功率離心壓縮機組。當(dāng)前所有平臺增壓、集中增壓、外輸增壓中均未考慮備用機組，均按照連續(xù)不停機運行考慮，且平臺增壓和部分集中增壓采用無人值守模式，對機組的可靠性保障、連續(xù)狀態(tài)監(jiān)測、故障預(yù)警、安全保障等方面提出了較高要求。壓縮機組是頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備，其運行環(huán)境惡劣，容易產(chǎn)生各種故障，一旦發(fā)生嚴重故障，極易造成天然氣外泄，從而導(dǎo)致火災(zāi)、爆炸等惡性事故發(fā)生。設(shè)備在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)是在機組上增加監(jiān)控點位，實現(xiàn)對壓縮機組的實時狀態(tài)監(jiān)測，管理人員可根據(jù)實時監(jiān)控情況對機組運行情況和機組自身狀態(tài)分析，降低設(shè)備的突發(fā)故障，判斷設(shè)備整體狀況，預(yù)知機組故障，避免重大安全事故發(fā)生，提高機組安全性能。２.３數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求現(xiàn)代油氣田企業(yè)所用設(shè)備正逐步向集成化、自動化、智能化、少人化發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、遠程監(jiān)測等信息化手段也順理成章的成為油氣田企業(yè)設(shè)備管理的重要組成部分。積極開展設(shè)備遠程狀態(tài)監(jiān)測就是加快推進裝備自動化、操控集中化、管理信息化的重要措施。按照數(shù)字化氣田建設(shè)要求，從提高氣田開采自動化程度、提高開采安全把控能力、節(jié)約人力資源的理念出發(fā)，頁巖氣田的開發(fā)建設(shè)全部要求數(shù)字化交付，井組建設(shè)全部按照無人值守的標(biāo)準進行打造，已建場站也需按照無人值守的標(biāo)準進行數(shù)字化改造。壓縮機組作為頁巖氣開發(fā)的關(guān)鍵設(shè)備和最大的動設(shè)備，其數(shù)字化程度不僅是數(shù)字化氣田建設(shè)的重要補充，也是場站能否實現(xiàn)無人值守的關(guān)鍵，在線狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)是提高壓縮機組數(shù)字化程度的必然選擇。通過對機組運行狀態(tài)的實時監(jiān)測，在全面掌握其整體性能的基礎(chǔ)上，利用后臺智能分析和專家分析相結(jié)合，實現(xiàn)設(shè)備在線實時監(jiān)測、性能狀態(tài)分析、故障診斷預(yù)警和健康綜合管理的數(shù)字化轉(zhuǎn)型發(fā)展。三、在線監(jiān)測系統(tǒng)選型３.１系統(tǒng)選型技術(shù)條件川南頁巖氣壓縮機組均為電機驅(qū)動，根據(jù)其生產(chǎn)保障、安全管控和數(shù)字化轉(zhuǎn)型需求，選用的在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)滿足以下一般技術(shù)條件：（１）系統(tǒng)由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、上位機等硬件和后臺的軟件共同組成，經(jīng)組態(tài)具備數(shù)據(jù)實時采集、數(shù)據(jù)管理、參數(shù)預(yù)警和圖譜分析等功能，實現(xiàn)對無人值守頁巖氣壓縮機組運行狀態(tài)的在線監(jiān)測和人工輔助診斷分析；（２）系統(tǒng)所有硬件應(yīng)符合國家、行業(yè)相關(guān)標(biāo)準，根據(jù)頁巖氣生產(chǎn)條件應(yīng)滿足ＧＢ３８３６《爆炸性環(huán)境用防爆電氣設(shè)備通用要求》規(guī)定的防爆等級和防護等級；（３）系統(tǒng)應(yīng)具有高效的數(shù)據(jù)傳輸策略，傳輸過程自適應(yīng)帶寬，滿足頁巖氣生產(chǎn)管理多人、多層級、多時段使用者訪問需求；（４）系統(tǒng)功能應(yīng)具有良好的擴展性和易維護性，滿足頁巖氣不同時期壓縮機組增減和安裝位置變化帶來的在線監(jiān)測需求。３.２系統(tǒng)組成與功能在線監(jiān)測系統(tǒng)因廠商技術(shù)不同在測點布局與具體分析診斷功能方面有差異，但典型的在線監(jiān)測系統(tǒng)均可分為硬件部分與軟件部分。３.２.１主要組成部分按照上述一般技術(shù)條件，選用的頁巖氣壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)硬件主要包括各型傳感器、信號電纜、接線箱、數(shù)據(jù)采集設(shè)備、數(shù)據(jù)存儲管理設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、工作站等，軟件則包括數(shù)據(jù)采集軟件、數(shù)據(jù)處理軟件、數(shù)據(jù)通訊軟件、數(shù)據(jù)管理軟件、數(shù)據(jù)庫、分析診斷軟件等。內(nèi)燃機驅(qū)動的往復(fù)壓縮機組在頁巖氣生產(chǎn)中應(yīng)用較少，如需應(yīng)用則在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)增加發(fā)動機瞬時轉(zhuǎn)速監(jiān)測點、發(fā)動機氣缸振動和氣缸燃燒爆震等測點功能。頁巖氣干線外輸增壓主要采用ＰＣＬ系列離心式壓縮機組，通常配置旋轉(zhuǎn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測所需的溫度、壓力、振動、位移、偏擺等測點。在線監(jiān)測系統(tǒng)組成詳見圖１。３.２.２系統(tǒng)主要功能不同類型壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)的組成不同，相應(yīng)的分析診斷功能差異較大。頁巖氣往復(fù)式壓縮機的分析診斷功能主要以角域分析功能為主，離心式壓縮機的測點類型較少，分析診斷功能以頻率分析功能為主。在線監(jiān)測系統(tǒng)配置還應(yīng)根據(jù)機組重要程度、價值、機型等因素綜合確定，針對頁巖氣平臺增壓、集中增壓、外輸增壓工藝電驅(qū)壓縮機組特點，分別制定了基礎(chǔ)版、提升版、高配版三類配置，具體詳見表１。目前，在已配備在線監(jiān)測系統(tǒng)的頁巖氣往復(fù)式壓縮機和離心式壓縮機中，其分析診斷過程主要依賴人工完成，自動化水平較低，對分析人員設(shè)備掌握故障監(jiān)測診斷技能要求也較高。四、工業(yè)應(yīng)用分析自２０１９年以來，川南頁巖氣壓縮機組先后配備了１９臺套在線監(jiān)測系統(tǒng)，其中離心式壓縮機組配備４套，往復(fù)壓縮機組配備基礎(chǔ)版２套、提升版６套、高配版７套。通過系統(tǒng)應(yīng)用逐步實現(xiàn)了對機組運行狀態(tài)的有效監(jiān)測，以及溫度、振動、壓力、位移等多參數(shù)綜合分析，并由監(jiān)測系統(tǒng)廠家提供診斷報告，彌補了原有壓縮機ＰＬＣ系統(tǒng)的監(jiān)測不足。４.１主要成效（１）通過機組故障預(yù)判實現(xiàn)由事后維修逐步向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變。在線監(jiān)測系統(tǒng)運行穩(wěn)定，參數(shù)報警及時，完成了離心式、往復(fù)式機組診斷模型，專家分析與自診斷結(jié)合效果好。系統(tǒng)累計診斷發(fā)現(xiàn)頁巖氣壓縮機組故障２４次，故障診斷準確率８５％以上，避免故障停機７次，最長無故障運行時間提高到４０００ｈ以上。一批典型故障被預(yù)判確診，如：離心式機組電機驅(qū)動端振動超標(biāo)，往復(fù)式機組氣閥損壞、活塞桿沉降、十字頭磨損等。（２）定期保養(yǎng)制度得到一定程度優(yōu)化。近兩年監(jiān)測系統(tǒng)在壓縮機組運行狀態(tài)監(jiān)測中發(fā)揮了重要作用，積累了豐富的機組運行歷史數(shù)據(jù)，為后續(xù)壓縮機性能分析、健康管理等工作奠定了堅實基礎(chǔ)。對已安裝高配版監(jiān)測系統(tǒng)的３臺１８００ｋＷ機組定期維保制度進行了優(yōu)化，在相關(guān)參數(shù)無異常且綜合評判后，取消了４０００ｈ維保，經(jīng)１５０００ｈ長周期運轉(zhuǎn)正常。８０００ｈ維保時對機組零部件磨損情況驗證情況良好，證實監(jiān)測系統(tǒng)的正確使用可在一定程度上優(yōu)化現(xiàn)行機組維保制度，避免過度維保。離心壓縮機組以狀態(tài)監(jiān)測結(jié)果為依據(jù)，優(yōu)化離心機４０００ｈ保養(yǎng)內(nèi)容，節(jié)約了保養(yǎng)費用同時縮短８天保養(yǎng)時間，達到了機組運行時間與維護成本的最大平衡。（３）實行無人值守有效減少人力資源成本。隨著監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場應(yīng)用的逐步成熟，現(xiàn)有１２座頁巖氣增壓站實現(xiàn)無人值守，將機組ＰＬＣ控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)融合進入在線監(jiān)測系統(tǒng)，對機組運行情況進行實時監(jiān)控。無人值守制度化以來累計節(jié)約人力資源超２０人，降本增效超過４００萬元／年。（４）形成在線監(jiān)測系統(tǒng)“三級”管理模式。公司集中管理：設(shè)備管理部門整體協(xié)調(diào)推進在線監(jiān)測診斷工作，管理人員通過軟件客戶端實現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控，及時掌握設(shè)備運行狀態(tài)，作出正確決策。專業(yè)團隊診斷：由專業(yè)團隊市場化服務(wù)方式提供專業(yè)技術(shù)支撐，常態(tài)化開展診斷分析?，F(xiàn)場運維及跟蹤驗證：使用單位負責(zé)在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)運行維護管理，根據(jù)診斷意見和檢維修建議，現(xiàn)場分析驗證并采取合理措施避免故障發(fā)生。４.２主要問題對１９臺機組在線監(jiān)測系統(tǒng)２０１９～２０２０年運行情況分析，反映出的主要問題是：（１）系統(tǒng)功能不完善：參數(shù)報警分級過，細報警信息較多；部分報警屬于設(shè)備正常啟停產(chǎn)生，并非真實故障預(yù)警；數(shù)據(jù)分析依賴人工完成；診斷報告還需加強對不同周期測點趨勢對比分析；性能分析與健康管理功能較弱，對生產(chǎn)預(yù)防性檢維修決策支撐不足。（２）網(wǎng)絡(luò)通訊時有不暢：系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定，斷網(wǎng)情況時有發(fā)生，影響系統(tǒng)使用。（３）運行管理執(zhí)行不力：技術(shù)支撐單位與使用單位對機組異常狀態(tài)溝通不足，由于無人值守，未及時開展異常排查、驗證；使用單位管理職責(zé)及工作流程、標(biāo)準還不明確，未建立異常報警的分級處理機制；狀態(tài)監(jiān)測記錄檔案不全，未規(guī)范異常報警臺賬。（４）技術(shù)支撐能力不足：使用單位開展頻譜、趨勢等故障診斷分析技術(shù)欠缺，對系統(tǒng)廠家的依賴性較強；系統(tǒng)廠家作為技術(shù)支撐單位后臺專家技術(shù)力量比較薄弱。五、系統(tǒng)優(yōu)化改進措施針對頁巖氣壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)存在的問題，結(jié)合國內(nèi)相關(guān)行業(yè)及油氣田單位設(shè)備監(jiān)測診斷工作開展的成果與經(jīng)驗，對系統(tǒng)的改進與優(yōu)化提出以下建議：（１）加快故障自動預(yù)警、自動診斷功能的完善與應(yīng)用。隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展，設(shè)備故障自動預(yù)警、自動診斷已成為必然發(fā)展趨勢。提升監(jiān)測系統(tǒng)故障預(yù)警、診斷自動化、智能化水平將有效彌補頁巖氣生產(chǎn)相關(guān)人員對故障監(jiān)測診斷知識掌握不足的問題，對提高監(jiān)測系統(tǒng)實用性具有重要意義。（２）加強與機組控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)互通與綜合分析。機組ＰＬＣ控制系統(tǒng)包含有大量工藝參數(shù)信息，對分析關(guān)鍵部件運行狀態(tài)具有重要作用，如不同排氣壓力狀態(tài)下機組振動特征差異性，需結(jié)合機組工藝參數(shù)變化完成。因此，在監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用過程中，應(yīng)進一步完善監(jiān)測系統(tǒng)與ＰＬＣ控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)信息交互，充分發(fā)揮監(jiān)測系統(tǒng)強大的時域、頻域、角域分析診斷功能，實現(xiàn)機組性能全面分析。（３）加強設(shè)備管理人員監(jiān)測診斷技術(shù)培訓(xùn)。相關(guān)人員在監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用過程中缺乏設(shè)備故障機理、診斷方法、系統(tǒng)操作等知識，長期不解決會造成監(jiān)測系統(tǒng)無用的錯誤認識，阻礙系統(tǒng)的良性發(fā)展。因此，監(jiān)測系統(tǒng)廠商應(yīng)在提升售后服務(wù)水平的基礎(chǔ)上，加強對相關(guān)人員的技術(shù)培訓(xùn)，特別是強化基礎(chǔ)知識與診斷方法的掌握，以保證監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用成效。在上述優(yōu)化改進措施落實的基礎(chǔ)上，隨著監(jiān)測系統(tǒng)的深化應(yīng)用，可促進設(shè)備檢維修管理流程，形成基于狀態(tài)監(jiān)測的設(shè)備檢維修流程，詳見圖２，其主要特點是：（１）加強了在線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測參數(shù)與機組ＰＬＣ控制系統(tǒng)中機組運行狀態(tài)的融合應(yīng)用，解決目前兩種系統(tǒng)在設(shè)備管理流程中相互隔離的問題，將設(shè)備運行狀態(tài)與故障預(yù)警的分析診斷充分結(jié)合，見圖２區(qū)域１。（２）進一步完善、促進監(jiān)測系統(tǒng)自動預(yù)警診斷功能在設(shè)備檢維修管理中的應(yīng)用，通過不斷的預(yù)警、驗證等過程，逐步對預(yù)警診斷模型進行強化和完善，提高預(yù)警準確率，見圖２區(qū)域２。（３）促進故障診斷數(shù)據(jù)庫的積累完善，為系統(tǒng)自動診斷提供強大的資源儲備，診斷正確率大大提高，驅(qū)動設(shè)備檢維修工作由定期與事后維修相結(jié)合的模式向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變，見圖２區(qū)域３。（４）打通設(shè)備檢維修管理與故障機理、監(jiān)測診斷方法研究之間的關(guān)聯(lián)性，一方面通過檢維修結(jié)果驗證自動預(yù)警診斷準確性；另一方面瞄準設(shè)備管理中的難點，構(gòu)建頁巖氣壓縮機組典型故障庫，提升相關(guān)方法的實用性，見圖２區(qū)域４。六、結(jié)論（１）在線監(jiān)測系統(tǒng)對頁巖氣壓縮機組維保周期的優(yōu)化作用明顯，優(yōu)化了４０００ｈ保養(yǎng)內(nèi)容，減少了機組停機時間；通過監(jiān)測系統(tǒng)的使用，頁巖氣增壓站逐步