BOG壓縮機狀態(tài)監(jiān)測和可靠性技術分析

魏光華

摘要：簡述BOG壓縮機不同監(jiān)測技術的作用和特點，特別是活塞桿沉降的監(jiān)測原理， 探討該方法的正確使用;通過統(tǒng)計分析歷次BOG壓縮機維修記錄，分析磨損規(guī)律，尋找BOG壓縮機的薄弱點，優(yōu)化維修策略從而提高可靠性。

關鍵詞：往復壓縮機狀態(tài)監(jiān)測;活塞桿下沉;維修策略

1.BOG壓縮機在LNG接收站的重要作用

來自LNG儲罐和管道系統(tǒng)漏冷產生的BOG經過壓縮機壓縮后，和過冷循環(huán)的LNG混合被冷凝回收，沒有或者無法回收的BOG將送到火炬系統(tǒng)處理;據估算每年回收的BOG約可產生1億元以上的經濟效益;從安全的角度，BOG壓縮機在維持LNG儲罐安全壓力和確保LNG船安全卸料也起到重要的作用。

2.狀態(tài)監(jiān)測技術在BOG壓縮機上的應用

2.1往復壓縮機的一般監(jiān)測技術和實踐應用特點

往復壓縮機的狀態(tài)監(jiān)測技術有多種多樣，但并非所有的手段都是易于實踐并行之有效的;常用的監(jiān)測技術有示功圖、氣閥溫度、振動、超聲波、油液監(jiān)測、軸承溫度和工藝參數(shù)在線監(jiān)測等。

示功圖法要求條件嚴格，需要壓力值變送器從氣缸讀取壓力值，結合曲軸相位（角度）獲取行程值進而換算為體積，配備專用軟件繪制PV圖，對使用人員要求專業(yè)性高，應用的不普遍;

超聲波主要是針對閥門，缺點是對測量位置和方向敏感，再加上表面結冰，需要除去冰層后測量，位置和表面液膜會影響重復性，而且閥門存在比較嚴重故障時才能被察覺。

油液監(jiān)測也是有效的監(jiān)測手段，油液理化指標跟進，磨損顆粒光譜、鐵譜分析能反映磨損程度，但此時已經是嚴重故障，如果綜合利用油過濾器的壓差、主軸承溫差和其磨損顆粒鐵譜分析相結合的方法來跟進，效果會比較好。

工藝參數(shù)主要包括壓縮機的入口壓力與溫度，出口壓力與溫度，中間緩沖罐的壓力與溫度，流量，工藝參數(shù)非常重要。機械監(jiān)測參數(shù)主要包括：潤滑油壓力與溫度， 油過濾器壓差，主軸瓦軸承溫度，電機電流和電機軸承溫度，以及電機繞組溫度等。

2.2活塞桿下沉監(jiān)測原理與BOG壓縮機活塞桿沉降監(jiān)測的注意事項

活塞桿下沉監(jiān)測支撐環(huán)（導向環(huán)）磨損是一種較行之有效的方法，應用比較普遍，但是它的準確性必須建立在正確的組態(tài)和零點調校的基礎上，否則起不到保護和警示作用。活塞桿下沉監(jiān)測是利用電渦流探頭測量探頭到活塞桿的間隙電壓和間隙電壓的變化。

探頭位置L1

活塞中部位置

活塞桿長度L2

L1

L2

B1

B2

圖1

B1.：探頭指示，B2：支撐環(huán)實際磨損量

• 壓縮機備用和運行狀態(tài)溫差很大（溫差最大1200C以上），機械溫差變形根據公式（1）， 估算長度1m的變形量為1.4mm，除了溫差變形外，大溫差將會導致氣缸產生較大熱應力;
• =DT×b× L1/L? （1）
• ：熱膨脹系數(shù)可以取 1.2×10-5m/℃， DT是溫差變化，? L1/L 表示長度單位比。

3.LNG接收站BOG臥式往復壓縮機維修統(tǒng)計和可靠性分析

3.1維修統(tǒng)計

BOG壓縮機易磨損件失效統(tǒng)計????????? 表1

檢修時間

填料（平均）

填料（最?。?/p>

正常/極限

支撐環(huán) （最?。?/p>

極限

活塞環(huán)（最?。?/p>

正常/極限

備注

Mar-08

15.817

15.43

16/13

2.5

0.5

N/A

N/A

B1

14.127

10.93

16/13

2.55

0.5

N/A

N/A

B2

May-10

15.834

15.54

16/13

1.8

0.5

7.89

11/6

B1

15.071

13.68

16/13

2.3

0.5

11.86

13/7

B2

Jun-10

15.315

14.5

16/13

1.7

0.5

7.6

11/6

A1

12.996

8

16/13

2.3

0.5

11.52

13/7

A2

Jul-11

15.338

14.4

16/13

1.58

0.5

9.64

11/6

B1

15.229

15.6

16/13

1.94

0.5

11.5

13/7

B2

Jul-11

15.259

14.2

16/13

1.95

0.5

9.6

11/6

A1

15.814

13.23

16/13

2.17

0.5

11.44

13/7

A2

Jan-13

12.593

6.36

16/13

1.96

0.5

10.06

11/6

A1

11.464

4.3

16/13

1.7

0.5

10.96

13/7

A2

Mar-13

14.961

13.4

16/13

2.15

0.5

8.04

11/6

B1

15.666

15.2

16/13

1.6

0.5

10.82

13/7

B2

從上表中分析，BOG壓縮機最薄弱的地方是氣缸主填料和以及一級支撐環(huán)（導向環(huán)），如同水桶的短板效應，整體壓縮機的整體可靠性和使用壽命。支撐環(huán)磨損量與運行時間和支撐環(huán)的接觸壓有關;而BOG壓縮機最重要做功部件-活塞環(huán)的磨損速率并不高，基本上不影響大修周期，活塞環(huán)是由非金屬自潤滑材料（如石墨或者其它材料填充聚四氟乙烯（PTFE））等制造，磨損量由公式（2）計算：

h= KPVt （2）

式中：h-徑向磨損量，m;K-磨損因數(shù)，m /（N·m），與材料有關;P-活塞環(huán)與氣缸間的接觸壓力，Pa，與工作中活塞環(huán)兩側的壓力和壓緊力有關;V-活塞環(huán)的平均速度，m/s;t-磨損時間，S。

綜上所述，可以有針對性地制定維修計劃和檢修范圍，可以節(jié)約維修費用的同時提高設備可靠性。

3.2維修策略和可靠性分析

早期傳統(tǒng)的維修模式是采取事后維修和定期維修，現(xiàn)在相關統(tǒng)計數(shù)據證明事后維修造成的生產、維修損失成本高，特別是連續(xù)生產和營運的企業(yè)，費用比例會更高;定期維修是基于設備疲勞浴盆曲線或者認為設備的壽命是和時間有關的，但是現(xiàn)代設備失效模式統(tǒng)計和分析發(fā)現(xiàn)，與時間有關的失效只占總失效模式量的11%， 而和時間無關或者帶有隨機性的設備失效模式占了89%，經過科學論證和大量數(shù)據統(tǒng)計說明，基于狀態(tài)監(jiān)測的預知性維修、以可靠性為中心的維修模式等先進維修策略或管理模式更科學合理;以 BOG往復壓縮機為例，易磨損件（填料環(huán)、活塞環(huán)、支撐環(huán)和氣體密封等）和運行時間有關，但是不同部件的壽命又有差別，經過維修過程中測量、統(tǒng)計分析找到薄弱點，有針對性地進行小修，再結合狀態(tài)監(jiān)測實施中修和大修的維修策略， 既可以降低維修費用，又可以提高設備利用率和設備可靠性。

參考文獻：

[1]ROD DROP MONITORING， DOES IT REALLY WORK？ By Steven M. Schultheis， Principal Engineer， Equistar Chemical LLP Channelview， Texas and Brian F. Howard， Diagnostic Specialist. Bently Nevada Corporation， Houston. Texas.? Page11～20.

[2]API 618 往復壓縮機第四版本1995，美國石油協(xié)會，華盛頓，99～105.

[3]API 670機械保護系統(tǒng)第四版本 2000，關于振動，軸位移和軸承溫度監(jiān)測系統(tǒng)，美國石油協(xié)會，華盛頓，9～26.

[4]ROD Drop Getting It Right， by Brian Howard，New Product Initiative Leader， Reciprocating Machines， Bently Nevada

[5]陳峰， 紀琳等.大型往復式壓縮機的狀態(tài)監(jiān)測與診斷.管道技術與設備，2010第4期

[6]陳功劍，杜文峰等.提高BOG壓縮機運行可靠性的方法.承德石油高等?？茖W校學報.第4期第13卷，2011年12月