大型壓縮機(jī)組軸位移振動監(jiān)控系統(tǒng)改造

王立新,朱克堅

(中石化股份公司天津分公司,天津 300270)

0 引 言

大型機(jī)組監(jiān)測系統(tǒng)(TSI)是主要用于實時監(jiān)測轉(zhuǎn)動設(shè)備(壓縮機(jī)組等)工作參數(shù),并提供指示、報警、跳車保護(hù)的一種系統(tǒng)。天津石化PX裝置裝有3臺壓縮機(jī)組(電機(jī)拖動),其配置的 TSI為本特利7200系列產(chǎn)品。該系統(tǒng)已近30年,由于產(chǎn)品較早,存在諸多缺陷與不足,如:調(diào)試麻煩、備件通用性差且短缺、沒有安裝鍵相器不利于振動故障分析等。為此對原機(jī)組進(jìn)行改造,將其中兩套壓縮機(jī)組的7200系列監(jiān)測設(shè)備合為一套3500監(jiān)測系統(tǒng),并增加鍵相探頭,更換探頭、前置放大器。同時將3500監(jiān)測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳送至上位的S8000機(jī)組監(jiān)控分析系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)說明和解決方案

1.1 3500監(jiān)控系統(tǒng)簡介

a)3500監(jiān)測系統(tǒng)的框架為標(biāo)準(zhǔn)的19 in(1 in= 25.4 mm)高密度框架(可配置14個模塊,56個通道)。每塊模塊有4個通道,可實現(xiàn)兩種不同的監(jiān)測項目,使實際使用的模塊數(shù)量減少至原7200系列所用模塊的一半。

b)軟件組態(tài),無需對硬件操作,降低硬件損壞危險。3500系統(tǒng)可通過組態(tài)設(shè)置卡件的定義、量程、報警值等。而7200系列則是靠調(diào)節(jié)監(jiān)測儀表卡件里的電位器來進(jìn)行各參數(shù)的調(diào)整;且監(jiān)測儀表的功能與量程均在出廠時就固定了,需要在訂貨時就將各類型寫入訂貨清單內(nèi)提供給TSI制造廠家。

c)備用電源,自動切換。3500監(jiān)測系統(tǒng)可放置上、下兩塊電源,其中一塊可作為備用電源。當(dāng)主電源失電,備用電源將自動切換為主電源,使該套系統(tǒng)能繼續(xù)正常工作,使保護(hù)作用不間斷,而7200系統(tǒng)則不能做到冗余切換。

d)模塊兼容,利于備件。3500監(jiān)測系統(tǒng)模塊主要分為鍵相模塊(3500/25);偏心、軸向位移、振動模塊(3500/42);差脹、LVDT模塊(3500/45);轉(zhuǎn)速模塊(3500/50);繼電器模塊(3500/32);通信網(wǎng)關(guān)(3500/92)等幾大類。具體各模塊實現(xiàn)的功能則完全由計算機(jī)來完成,因此對機(jī)組重要參數(shù)的監(jiān)測只用少量種類模塊即可實現(xiàn)。用戶在做備品備件時也相應(yīng)減少了許多。

e)4通道、16通道可編程繼電器,軟件編程,多層邏輯,應(yīng)用自如。3500監(jiān)測系統(tǒng)的繼電器模塊,可對此模塊所在的框架內(nèi)各類監(jiān)測參量進(jìn)行“與”和“或”等多重邏輯運(yùn)算并發(fā)出一組開關(guān)量信號。而7200系統(tǒng)的開關(guān)量信號則是從各模塊自身發(fā)出的,若要將多模塊進(jìn)行邏輯運(yùn)算后再發(fā)信號,則需要通過外部硬邏輯接線來實現(xiàn)完成,降低了可靠性。

f)機(jī)組圖顯示,綜觀全局,一目了然。3500系統(tǒng)面板顯示的功能可顯示各監(jiān)測參量的實時值、棒狀圖、趨勢圖、間隙電壓值、狀態(tài)量等,也可顯示整體機(jī)組的機(jī)組圖。

1.2 改造前機(jī)組配置情況

改造前監(jiān)測儀表系統(tǒng)配置為機(jī)體和齒輪箱軸承上安裝14個探頭(電渦流探頭)測量軸的振動和位移。原2套機(jī)組7200監(jiān)測系統(tǒng)用了2個7200框架,占用空間大,配備電源多,備品備件多。另外,7200系統(tǒng)還存在以下缺陷:11 mm探頭線性不好,每次校驗及標(biāo)定后,線性補(bǔ)償很難完善,造成誤差。無鍵相探頭造成無法對機(jī)組進(jìn)行更高層次的分析診斷。改用3500監(jiān)測系統(tǒng)后這些問題迎刃而解,2套機(jī)組的TSI系統(tǒng)只需用1個3500框架。但如何選取測點和安裝測量裝置成了改造的難點。

1.3 改造內(nèi)容

針對以上長期運(yùn)行過程中出現(xiàn)的問題,在保留原有全部監(jiān)測功能的情況下,做如下改造:

a)分別為機(jī)組增加了鍵相檢測探頭。前置器系統(tǒng)被安裝好之后,在軸上加工了一個“凹槽”鍵相探頭,在“凹槽”的部位相比正常的振動或距離測量會產(chǎn)生明顯的電壓變化,產(chǎn)生一個電壓脈沖,這樣可以應(yīng)用鍵相位測得機(jī)組的轉(zhuǎn)速?！鞍疾邸钡牟课蛔钚“忻?方或圓面,深1 mm)應(yīng)不小于探頭的2倍,機(jī)組內(nèi)部空間恰在其浮動范圍內(nèi),調(diào)試當(dāng)中,手動盤車時傳感器間隙電壓變化幅度超過了4 V,試車中測量準(zhǔn)確,滿足要求。

b)將7200系統(tǒng)8 mm探頭改成線性較好的3300XL 8 mm探頭(2008年大修時更換),延伸電纜和前置器配用3300XL標(biāo)準(zhǔn)的5 m電纜。按照該探頭線性的要求(線性范圍:10～90 mil(1 mil= 0.001 in=25.4μm),即Δ=2 mm),對平均比例系數(shù)A S F進(jìn)行了計算:

由上式可知線性的中間位置是9.75 V,所以對軸向位移間隙電壓,調(diào)整至-10 VDC,既要避開死區(qū)電壓(3 V以下),又要使其工作在線性區(qū)。室內(nèi)將7200監(jiān)控系統(tǒng)拆除,更換為3500監(jiān)控系統(tǒng)。

c)采用3500/93系統(tǒng)顯示裝置代替原有指針指示,LCD顯示器與3500框架安裝在一起(也可遠(yuǎn)離框架到1 200 m),3500/93采用3500數(shù)據(jù)采集和操作顯示軟件,為所有3500機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)的信息提供顯示。顯示信息包括:系統(tǒng)事件列表、報警事件列表、通道狀態(tài)和數(shù)據(jù)。3500/93顯示器具有以下功能:在8×16的LCD顯示屏上,可以有8個棒圖或16個文本的單一色彩數(shù)據(jù)顯示;在每一個通道上有彩色的報警/危險LDE指示(OK:所對應(yīng)回路正常指示燈;DANGER:所對應(yīng)回路危險指示燈;ALERT:所對應(yīng)回路報警指示燈);所有來自監(jiān)測器內(nèi)的數(shù)據(jù),均按照缺省的組態(tài)方式顯示;具有52種用戶可組態(tài)的數(shù)據(jù)顯示方式。在LCD顯示器上,有三類顯示內(nèi)容:User Defined Sets(用戶自定義)、Display Modes(顯示模式)、Utilities(功能區(qū))。在上位計算機(jī)出現(xiàn)問題時,工藝操作人員可以通過LCD顯示面板掌握(C-501、C-701)機(jī)組的機(jī)械保護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行情況,系統(tǒng)具有安全冗余的功能。

當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)異常時可發(fā)出報警,同時,通過3500/32卡的邏輯程序?qū)缶盘査腿朐袃x表盤報警系統(tǒng)進(jìn)行聲光報警。

d)為進(jìn)一步提高機(jī)組的管理水平,在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加了一套3500系統(tǒng)專用數(shù)據(jù)采集及計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用3500系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù),能夠真實地定義出運(yùn)行狀態(tài)和機(jī)器的狀況,可提供優(yōu)化機(jī)器運(yùn)行所需要的信息,在保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出報警和遮斷信號之前,識別出早期的機(jī)器故障。為此專門配置了一臺DELL工控機(jī),安裝本特利3500數(shù)據(jù)采集/ DDE服務(wù)器軟件和操作員顯示軟件,用于組態(tài)、調(diào)試及顯示等,在機(jī)組圖顯示的同時,3500監(jiān)測系統(tǒng)也能將實時采集的數(shù)據(jù)按10 min,20 min,1 h等設(shè)置的不同間隔存儲在計算機(jī)內(nèi),形成歷史趨勢,便于查找、分析。另外通過RS-232接口和3500/25卡的輸出,還可將更多信息送至S8000機(jī)組監(jiān)控分析系統(tǒng)。

2 機(jī)組改造后的投運(yùn)情況

目前該機(jī)組的監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行良好,對所需監(jiān)測的參數(shù)提供了有效的數(shù)據(jù)。發(fā)現(xiàn)新的監(jiān)測模塊在檢修過程中具有如下優(yōu)點:

a)系統(tǒng)穩(wěn)定性、精確度都較高,80 mil線性范圍內(nèi),以0.25 mm的增量測量時,包括互換性誤差在內(nèi)為7.87±5%V/mm。

b)機(jī)組轉(zhuǎn)速從0～100%連續(xù)可測,無死區(qū),這對于大型壓縮機(jī)組的開、停機(jī)是非常有意義的。

c)通過觀察,探頭零點電壓變化很小(對應(yīng)于特性曲線電壓20 VDC,變化在100 mV以內(nèi)),線性度好。

d)用戶根據(jù)生產(chǎn)實際需要,通過用于繼電器組態(tài)的DIP開關(guān),可將繼電器組態(tài)成正常情況下通電或正常情況下不通電。

e)接頭是連接探頭、延伸電纜和前置器的重要部件,對系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性有很大影響。以前使用系統(tǒng)接頭可靠性差是主要故障原因之一(經(jīng)常松動,接觸不好),而3300XL探頭、延伸電纜和前置器都有帶防腐蝕的CiickLocTM鍍金銅接頭。

f)由于新增加了線性補(bǔ)償功能,在對軸向位移等重要參量進(jìn)行聯(lián)調(diào)的過程中,可以輕松地通過3500軟件內(nèi)的設(shè)定零位電壓、修改線性度等功能來完成報警值、停機(jī)值的模擬校驗以及零位安裝。即使探頭的特性曲線發(fā)生了重大變化(需在探頭允許的衰減范圍內(nèi)),也完全可以將其修正精確,使其在需要時發(fā)出報警、停機(jī)信號時能夠正確動作。

在機(jī)組試車當(dāng)中,3500監(jiān)控系統(tǒng)起到了立竿見影的效果。大修中C-701機(jī)組更換轉(zhuǎn)子,檢修后C-701試機(jī)運(yùn)行,機(jī)體上A,B,C,D點振動值嚴(yán)重超限,有的甚至軸振在短短幾秒內(nèi)由10μm以下上升至148μm,超過量程,而齒輪箱振動探頭E,F指示平穩(wěn)正常。此后又經(jīng)過2次試機(jī),均存在此問題。機(jī)體上A,B,C,D點為X&Y方式安裝,兩個探頭在同一平面正交安裝。在排除了儀表回路和工藝氮?dú)鈮毫φ{(diào)整可能造成機(jī)體喘振等故障因素后,通過3500監(jiān)控系統(tǒng)和S8000監(jiān)控診斷系統(tǒng)共同診斷,確認(rèn)機(jī)體安裝不存在質(zhì)量問題,只能是轉(zhuǎn)子自身問題。果然在機(jī)組重新解體檢修中,發(fā)現(xiàn)轉(zhuǎn)子受到輕微磁化,造成3300 XL 8 mm電渦流傳感器輸出超限所至。更換了轉(zhuǎn)子之后故障消除,機(jī)組于2008年10月23日試車成功。

3 控制系統(tǒng)投用效果及展望

PX裝置機(jī)組軸位移軸振動監(jiān)控系統(tǒng)投用以來,工作狀況穩(wěn)定,流程圖、參數(shù)表、報警信息畫面和趨勢圖畫面多種顯示方式直觀明了,還可以進(jìn)行波形和頻譜圖分析,尤其是在大修之后試車當(dāng)中,對機(jī)體轉(zhuǎn)子帶磁故障的分析判斷過程中提供了科學(xué)的、可靠的依據(jù),受到了工藝人員的一致好評,使關(guān)鍵大型機(jī)組得到更好地保護(hù),可靠性大為提高。

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