狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在壓縮機上的應用

牛賈睿 張書京 馮志杰

摘 要：大型壓縮機的穩(wěn)定安全運行，關系到整套裝置的安全生產(chǎn)，因此對壓縮機運動狀態(tài)的參數(shù)進行測量和監(jiān)視顯得尤為重要，本文主要研究了壓縮機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)原理以及bently3500在氯堿行業(yè)中壓縮機上的應用。

關鍵詞：壓縮機 氯堿 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TP216 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0068-02

大型壓縮機組轉(zhuǎn)速高、流量大、功率大，主要應用在天然氣、石油化工、基本化工三大危險行業(yè)，一旦因故障或事故停車，就會影響整個裝置的正常生產(chǎn)，給工廠成重大經(jīng)濟損失甚至人員傷亡，石化行業(yè)大型壓縮機組安全運行研究是非常必要的。壓縮機組故障主要集中在壓縮機喘振或旋轉(zhuǎn)失速、轉(zhuǎn)子軸位移大、轉(zhuǎn)子振動大等幾個方面。本文主要研究離心壓縮機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)原理以及在氯乙烯裝置中的應用。

1 壓縮機在氯乙烯裝置中的應用

乙烯法生產(chǎn)氯乙烯裝置以烯烴廠來的乙烯、燒堿裝置來的氯氣和供排水廠或二化來的氧氣為原料，由乙烯直接氯化、氧氯化生成二氯乙烷，兩種方法生成的二氯乙烷精制后裂解生成氯乙烯單體和氯化氫，再經(jīng)過精制和分離制得合格的氯乙烯單體和氯化氫。氯化氫作為氧氯化反應的原料，在整個生產(chǎn)過程中始終保持平衡，不需要補充和處理。氯乙烯單體送往聚氯乙烯裝置作為生產(chǎn)原料[1]。

從工藝深冷器、蒸發(fā)器（HX103）和過冷器（HX102）來的低溫低壓氣體分別通過一段、二段入口進入壓縮機，壓縮成高溫高壓氣體，然后經(jīng)過冷凝器（HX101）冷凝，冷凝后的高溫高壓液體進入丙烯儲罐（PV101）儲存，然后根據(jù)工藝單元的不同需要，分兩路進入冷凍系統(tǒng)用戶。液體丙烯一路通過過冷器（HX102）、減壓后進入150E001、140E012蒸發(fā)并使其殼程物料冷凝液化，換熱后低溫低壓丙烯氣體進入入口分離器（PV102）、進入壓縮機一段入口；另一路經(jīng)過減壓后進入蒸發(fā)器（HX103）冷卻純度為40%乙烯基乙二醇水溶液（冷凍鹽水），然后變成低溫低壓氣體進入壓縮機二段入口，循環(huán)壓縮。冷凍鹽水通過循環(huán)泵送到工藝裝置各用戶對其它物料進行冷卻。工藝流程。

2 壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)的指標

我廠采用的大型丙烯壓縮機的功率可達到3357 kW，轉(zhuǎn)速3500 rpm，如此大型設備需要對其主要參數(shù)軸的徑向振動、軸向位移、機器轉(zhuǎn)速、鍵相、軸承溫度等實施在線監(jiān)測，保證其安全運行。

振動測量的主要對象是一個轉(zhuǎn)動部件，即轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)軸，以及轉(zhuǎn)動體與靜止體之間的相互關系，主要有振幅、振動頻率、相角等參數(shù)的直接測量顯示，還有可以從示波器上顯示振動形式、振型等參數(shù)。

振幅是壓縮機整體振動強度的標志，用來監(jiān)測機器運行的平穩(wěn)程度。盡管對機殼的測量能夠表明機器故障的存在，但要對及其進行全面保護，還需對軸的振動進行直接測量。目前采用的非接觸式電渦流探頭直接測量軸相對于軸承的振動振幅。

振動頻率是進行機殼測量的主要參數(shù)之一，因為有些機器故障通常在某些特定的頻率下發(fā)生，這樣就有助于對故障類型進行分類。轉(zhuǎn)子的振動大體可分三類：第一類屬于強迫振動問題，是外來確定的擾動力引起的，而振動本身并不反過來影響擾動力，強迫振動的頻率總是等于擾動頻率；第二類屬于自激振動問題，是由于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)中存在某一機械能量的反饋環(huán)節(jié)；第三類屬于非定常強迫振動，即強迫振動的幅值與相位是在變化的，不是定值。

相角測量可以用來描述某一特定時刻機器轉(zhuǎn)子的位置。通過確定機器轉(zhuǎn)子“高點”的位置，就能確定機器的平衡狀態(tài)，使用非接觸式電渦流探頭或一個光電探測器，就能得到一個鍵相器準確測量相角。

振動形式是顯示在示波器上的原始振動波形，分為時基形式和軸心軌跡形式，維修工程師通過觀測時基振動形式，能夠確定基本的振幅、頻率和相角；通過觀測軸心軌跡，能夠了解軸的實際運動情況。

振型是轉(zhuǎn)軸在一定轉(zhuǎn)速下沿軸向的一種變形。測量振型的方法是沿著轉(zhuǎn)軸的軸向每隔一定間距放置一組XY傳感器，分別測得相應轉(zhuǎn)軸截面的中心線振動情況。

3 防喘振控制

喘振是離心式壓縮機固有的特性，是壓縮機運行過程中當負荷降低到一定程度時，出口氣體排出量會出現(xiàn)強烈的振蕩。離心式壓縮機的壓縮比（壓縮機出口壓力P2與壓縮機出口壓力P1之比P2/P1）與入口進氣氣體流量Q之間的關系曲線如圖2。在不同轉(zhuǎn)速下，各駝峰點連線的軌跡近似于一條拋物線。為安全起見，在這條線的右側(cè)考慮有一定余地再作一條拋物線，稱之為安全線，該拋物線方程可用下式表示為：P2/P1=a+b+Q21/T1，式中Q1為入口流量，T1為入口溫度，a、b為廠家提供壓縮機系數(shù)。

常用的防喘振控制方案主要有兩種：一是固定極限流量控制；一種是可變極限流量防喘振控制。

3.1 固定極限流量防喘振控制方案

測量值大于QB，則旁路調(diào)節(jié)閥完全關閉；如果測量值小于QB，則旁路調(diào)節(jié)閥打開，使一部分氣體循環(huán)，直到壓縮機出口流量達到QB為止。

3.2 可變極限流量防喘振控制方案

為了減少壓縮機的能耗，在壓縮機負荷經(jīng)常有波動的場合，在不同的轉(zhuǎn)速下，其喘振極限流量QB是個變數(shù)，它隨轉(zhuǎn)速下降而減小。此方案是按式P1d=m（P2-aP1）構成，即用差壓流量計測量入口氣體流量時喘振安全操作表達式，防喘振控制器的測量值是P1d，設定值是m（P2-aP1）。如圖4所示，當測量流量大于設定值時，旁路控制閥始終關閉，當測量值小于設定值時，控制器開啟到一定位置，因此能防止喘振出現(xiàn)，確保壓縮機安全運行。

4 監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

Bently公司使用的傳感器是電渦流趨近式傳感器，它將機械振動或位移轉(zhuǎn)換成正比于振動位移的電信號。系統(tǒng)由探頭、前置放大器和監(jiān)視器構成，所有參數(shù)設置和調(diào)整都通過軟件來組態(tài)，并通過軟件來組態(tài)，并通過PC機下裝到監(jiān)視器框架中，通過Modbus485發(fā)送到DCS的通訊卡進行顯示操作。

4.1 硬件組成

3500狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用積木式模塊化搭建，框架包括3500-15電源模塊、20框架接口模塊、25鍵相器模塊、40位移模塊、42電渦流位移/速度/加速度傳感器監(jiān)視器模塊、45差脹監(jiān)視器模塊、50轉(zhuǎn)速模塊、53超速保護模塊、92通訊模塊、32/33繼電器模塊等。通過這樣的模塊化搭建，可以完成檢測徑向振動、軸向位移、偏心和差脹、超速保護、模塊輸出信號間的邏輯運算以及與上位機通訊等功能[2]。

4.2 探頭的安裝

理想狀態(tài)時，壓縮機的軸在中間，這時輸入探頭安裝時的電壓即可，但實際往往很難實現(xiàn)，因此要求我們檢修人員將軸翹向一側(cè)，左右均可。如圖5所示，將軸翹向最左側(cè)，設軸竄量為S，探頭靈敏度為F，左側(cè)探頭電壓為V1，右側(cè)探頭固定后的電壓為V2，左側(cè)探頭需要往3500組態(tài)軟件輸入零點電壓為V1+（S×F）/2，右側(cè)零點電壓為V2-（S×F）/2。

4.3 軟件

3500狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括三個軟件包，分別是框架組態(tài)軟件（Rack Configuration）、數(shù)據(jù)采集軟件（Data Acquisition＼DDE Server）、操作員顯示軟件（Operation Assist Display）。

框架組態(tài)軟件能夠自動識別卡件類型及地址，上電前先將需要配置的卡件安裝好，20框架接口模塊是主控模塊在緊挨著電源的1#位置不可更改，設置連接密碼、框架地址、通訊端口、波特率等，連接，上傳數(shù)據(jù)，安裝好的卡件類型即可在面板上顯示出來，在軟件中設置各個卡件的參數(shù)。

數(shù)據(jù)采集軟件設定有三個表單，數(shù)據(jù)采集表單中，Create Rack Based Trains項表示省城基于機組圖的框架文件，Automatic Data/Time Synchronization表示是否允許框架和運行數(shù)據(jù)采集的PC機進行時鐘同步；連接參數(shù)表單用以設置通訊端口、波特率、連接類型等PC機上的設置；框架地址和口令表單中地址由要連接的框架的硬件地址撥碼開關決定，口令在前述的框架接口模塊里設置。以上設置好了以后，運行操作員顯示軟件，操作人員可以在這個畫面上查看機組上對應位置的實時數(shù)據(jù)、棒狀圖、報警事件列表等。

5 結語

本文研究了以大型壓縮機實時監(jiān)控的一般原理和指標，結合了在乙烯法制氯乙烯的氯堿行業(yè)中壓縮機運行實例，闡述了Bently3500監(jiān)控系統(tǒng)的應用，對氯堿行業(yè)儀表維修和工藝操作人員有很好的指導借鑒作用。

參考文獻

[1] 氯乙烯生產(chǎn)工藝對比[J].云南化工，2010（1）.

[2] 淺談BENTLY 3300與BENTLY 3500的應用[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊）.