探討天然氣壓縮機(jī)的工況檢測(cè)和診斷技術(shù)

王焱驊

摘 要：近幾年，壓縮機(jī)已成為油氣產(chǎn)業(yè)中不可或缺的運(yùn)行設(shè)備，并關(guān)系到油氣的生產(chǎn)量。因此，本文使用一種基于硬件設(shè)施以及軟件設(shè)施相結(jié)合的檢測(cè)系統(tǒng)，將某礦區(qū)的一座壓縮機(jī)作為研究對(duì)象，利用傳感器、轉(zhuǎn)換板、計(jì)算機(jī)以及軟件系統(tǒng)等設(shè)施對(duì)壓縮機(jī)的工況進(jìn)行檢測(cè)，并從示功圖中了解該座壓縮機(jī)的運(yùn)行狀況，進(jìn)而分析該座壓縮機(jī)存在的問(wèn)題，旨在為油氣開(kāi)采人員提供技術(shù)參考。

關(guān)鍵詞：工況檢測(cè)；傳感器；示功圖；壓縮機(jī)；診斷技術(shù)

壓縮機(jī)主要應(yīng)用于油氣田開(kāi)發(fā)的采輸階段中，并有著增壓傳輸、氣舉以及增壓回注地層等效果。隨著各地油氣生產(chǎn)規(guī)模不斷擴(kuò)大，油田開(kāi)發(fā)對(duì)壓縮機(jī)的性能要求也不斷提高，不僅要求壓縮機(jī)能夠在重負(fù)荷以及連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的條件下運(yùn)行，還要求壓縮機(jī)具備安全可靠的運(yùn)行性能?，F(xiàn)階段，許多壓縮機(jī)在高強(qiáng)度的運(yùn)行條件下容易出現(xiàn)低轉(zhuǎn)速以及低壓力的情況，并且使用效率也低于45%。因此，各地油氣開(kāi)采單位應(yīng)不斷增加壓縮機(jī)的研發(fā)投入，確保壓縮機(jī)能夠在油氣開(kāi)采中起到增產(chǎn)的效果。

1 檢測(cè)系統(tǒng)的基本運(yùn)行原理

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)中主要硬件設(shè)施的運(yùn)行原理

第一，傳感器。就傳感器來(lái)講，其作用是將工況參數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，包括壓縮機(jī)壓力、壓縮機(jī)溫度、壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速以及壓縮機(jī)流量等參數(shù)指標(biāo)，并以電信號(hào)的形式輸出給A/D轉(zhuǎn)換板，以便于工作人員收集到機(jī)組的具體工況參數(shù)。一般來(lái)講，如果傳感器的精確度較差，就難以增加監(jiān)控系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。因此，應(yīng)做好傳感器的采購(gòu)、位置確定以及安裝等環(huán)節(jié)的工作，以便為機(jī)組的狀態(tài)監(jiān)測(cè)以及分析打下基礎(chǔ)。第二，轉(zhuǎn)換板。就轉(zhuǎn)換板來(lái)講，其作用是將電壓信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，并以數(shù)字量的形式輸出給計(jì)算機(jī)。一般來(lái)講，轉(zhuǎn)換板單通道的最大采樣速率可達(dá)到38kHz，并且其內(nèi)部的模擬電路以及邏輯電路能夠利用光電隔離裝置來(lái)完成信息交換，使總線部分所受到的干擾不會(huì)對(duì)模擬電路產(chǎn)生影響，有利于增強(qiáng)A/D轉(zhuǎn)換板的抗干擾能力。第三，計(jì)算機(jī)。就計(jì)算機(jī)來(lái)講，其主要作為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部件，不僅能有效完成信息接收、信息分析、信息處理以及信息儲(chǔ)存等工作，還能對(duì)A/D轉(zhuǎn)換板進(jìn)行控制。一般來(lái)講，主要將計(jì)算機(jī)與顯示器以及打印機(jī)等裝置相接連，以便更好地打印出機(jī)組檢測(cè)報(bào)告。第四，示波器。就示波器來(lái)講，其主要作為輔助儀器，并用來(lái)顯示信號(hào)的實(shí)際波形。

1.2 監(jiān)控系統(tǒng)中主要軟件設(shè)施的運(yùn)行原理

一般來(lái)講，軟件系統(tǒng)主要包括菜單主控程序以及其他子程序等內(nèi)容。用戶(hù)只需要點(diǎn)擊主菜單便能使用各種功能程序。在確定所選的功能程序后，可立即執(zhí)行該程序，以此實(shí)現(xiàn)工況檢測(cè)的要求。

2 檢測(cè)系統(tǒng)主要的診斷技術(shù)

結(jié)合某礦區(qū)的具體情況，將型號(hào)為的機(jī)組作為試驗(yàn)對(duì)象，并以此展開(kāi)該型號(hào)機(jī)組故障診斷的全部流程。

2.1 確定主要的測(cè)點(diǎn)

第一，進(jìn)氣口壓力：放置一個(gè)傳感器用于檢測(cè)壓縮機(jī)的進(jìn)氣口壓力，且傳感器量程為0至2MPa，再將這項(xiàng)參數(shù)作為通道1；第二，操作濕度：放置一個(gè)傳感器用于檢測(cè)壓縮機(jī)的操作濕度，再將這項(xiàng)參數(shù)作為通道2；第三，出氣口壓力：放置一個(gè)傳感器用于檢測(cè)壓縮機(jī)的出氣口壓力，且傳感器量程為0至30MPa，再將這項(xiàng)參數(shù)作為通道3；第四，操作溫度：放置一個(gè)傳感器用于檢測(cè)壓縮機(jī)的操作溫度，且傳感器量程為0至300℃，再將這項(xiàng)參數(shù)作為通道4。

2.2 監(jiān)測(cè)示功圖

就示功圖來(lái)講，其主要是一個(gè)反映壓縮機(jī)活塞在不同位置下氣壓變化的曲線。一般來(lái)講，從示功圖中不僅能了解機(jī)組缸內(nèi)的平均壓力以及平均功率等參數(shù)，還能了解機(jī)組氣閥的實(shí)際功率損耗、進(jìn)氣口壓力以及出氣口壓力等參數(shù)。因此，將示功圖作為研究基準(zhǔn)，可判斷壓縮機(jī)是否存在氣閥泄漏、壓力損耗、填料泄漏以及活塞環(huán)泄漏等問(wèn)題。在檢測(cè)過(guò)程中，壓力傳感器以及計(jì)算機(jī)能夠?qū)Ω變?nèi)的壓力進(jìn)行采樣，并能將壓力采樣的起始點(diǎn)以及終止點(diǎn)控制在準(zhǔn)確的位置上，再根據(jù)幾何尺寸學(xué)以及運(yùn)動(dòng)學(xué)等理論知識(shí)進(jìn)行計(jì)算，進(jìn)而求出不同壓力值與缸內(nèi)體積的內(nèi)在聯(lián)系。

2.3 分析結(jié)果

測(cè)試機(jī)組；；測(cè)試工況：天然氣；進(jìn)氣口壓力：0.15MPa，低于額定進(jìn)氣口壓力的最小值0.2MPa；排氣口壓力：18.5MPa，低于正常排氣口壓力的最大值20MPa；操作溫度：65℃，超出最大操作溫度50℃；操作濕度：6%，正常。經(jīng)過(guò)換算，可得出以下結(jié)果：壓縮機(jī)的最大功率為210kW，吸入閥的功耗損失率為1.5%，排出閥的功耗損失率為1.2%，平均指示壓力為17MPa，吸入容積系數(shù)K1為0.58，排出容積系數(shù)K2為0.21，壓縮指數(shù)K3為0.5，膨脹過(guò)程指數(shù)K4為1.5。

從示功圖可知：第一，圖中的壓縮線b-d有左移趨勢(shì)，而壓縮線d-c則有縮短的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，吸氣閥缺乏嚴(yán)密性，并存在排氣延遲的現(xiàn)象。第二，圖中的膨脹線c-a有右移趨勢(shì)，而吸氣線則有縮短的趨勢(shì)。由此可見(jiàn)，排氣閥缺乏嚴(yán)密性，并且大量壓縮氣體會(huì)在管道中朝著氣缸吸氣端移動(dòng)。第三，吸氣初始段沒(méi)有出現(xiàn)小鉤，可表明吸氣閥以及排氣閥均缺乏嚴(yán)密性，并且在吸氣過(guò)程中沒(méi)有耗費(fèi)功。

2.4 檢測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)行總結(jié)

第一，壓縮機(jī)選型正確，性能穩(wěn)定，并且測(cè)試數(shù)據(jù)可靠。第二，該檢測(cè)系統(tǒng)具備良好的報(bào)警功能，并能提示工作人員及時(shí)進(jìn)行檢修；第三，該檢測(cè)系統(tǒng)的示功圖能夠準(zhǔn)確顯示出壓縮機(jī)存在的故障，有利于將定期維修模式轉(zhuǎn)化為預(yù)測(cè)維修模式，增加壓縮機(jī)檢測(cè)效果。

3 結(jié)語(yǔ)

壓縮機(jī)作為油氣開(kāi)采中工作量較多的設(shè)備，開(kāi)采單位應(yīng)加強(qiáng)對(duì)壓縮機(jī)的檢測(cè)力度，確保壓縮機(jī)能夠以良好的狀態(tài)運(yùn)行。目前，基于傳感測(cè)試技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合的技術(shù)已成為壓縮機(jī)檢測(cè)的主要方式，并能準(zhǔn)確診斷出壓縮機(jī)存在的諸多問(wèn)題。總之，隨著壓縮機(jī)診斷技術(shù)不斷完善，必將給我國(guó)油氣工程貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)：

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