往復式壓縮機振動的智能化控制

解洋陽

關鍵詞：往復式壓縮機;機泵安康;智能化控制

往復式壓縮機因操作不當、運行維護不善、質(zhì)量缺陷等原因引起的事故非常多，這不僅影響了往復式壓縮機的安全平穩(wěn)運行，而且給企業(yè)造成了重大的損失。所以，對運行過程中的設備進行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷是必然發(fā)展趨勢。機泵安康系統(tǒng)用于設備的安全與健康檢測，將運行的狀態(tài)與振動情況進行實時的數(shù)據(jù)采集，通過人工智能、智慧流體，全力實現(xiàn)設備全生命周期的安全管控與健康運行保駕護航。

一、往復式壓縮機特點及結構部件

往復式壓縮機是指通過氣缸內(nèi)活塞或隔膜的往復運動使缸體容積周期變化并實現(xiàn)氣體的增壓和輸送的一種壓縮機。屬容積型壓縮機。根據(jù)往復運動的構件分為活塞式和隔膜式壓縮機。

我單位為活塞式往復式壓縮機，曲軸帶動連桿，連桿帶動活塞，活塞做往復運動?；钊\動使氣缸內(nèi)的容積發(fā)生變化，當活塞往復運動的時候，汽缸容積增大，進氣閥打開，排氣閥關閉，半水煤氣被吸進來，完成進氣過程;當活塞往復運動的時候，氣缸容積減小，出氣閥打開，進氣閥關閉，完成壓縮過程?；钊嫌谢钊h(huán)來密封氣缸和活塞之間的間隙，氣缸內(nèi)有潤滑油潤滑活塞環(huán)。

往復式壓縮機是容積式壓縮機的一種，其主要部件包括氣缸、曲柄連桿機構、活塞組件、填料（也就是壓縮機的密封件）、氣閥、機身與基礎、管線及附屬的設備等。

活塞式往復式壓縮機與其他類型壓縮機相比有以下特點：

優(yōu)點：

1、適用壓力范圍廣，當排氣壓力波動時，活塞式壓縮機的排氣量基本保持不變。

2、壓縮效率高，活塞式壓縮機壓縮氣體的過程屬封閉系統(tǒng)，其壓縮效率高。

3、適應性強、制造工藝簡單，對材料要求低，造價低廉。

活塞式壓縮機的缺點：

1、氣體帶油污。

2、轉(zhuǎn)速不能過高，因為受往復運動慣性力的限制。

3、易損件較多，檢修工作量大，維修費用高。

二、往復式壓縮機的信號控制

據(jù)不完全統(tǒng)計，近二十年來，化工生產(chǎn)中平均每年發(fā)生重大往復式壓縮機事故32起，約占行業(yè)內(nèi)重大事故總量的25%，其中事故發(fā)生在主機部分的約占80%，發(fā)生在輔機部分的約占15%，其余5%發(fā)生在管路、閥門及電氣配套等其他部分。

往復壓縮機特征參數(shù)信號主要包括溫度信號、振動信號、位移信號等。通過對特征信號的監(jiān)測分析，識別判斷壓縮機的故障類型，是故障診斷技術的核心思想。

溫度信號是往復壓縮機較為敏感的特征參數(shù)，監(jiān)測溫度的變化可以了解壓縮機內(nèi)部零部件的工作狀態(tài)，如排氣閥漏氣，在吸氣過程會出現(xiàn)倒吸現(xiàn)象，導致氣閥溫度升高。

振動信號是往復壓縮機故障診斷的一個敏感特征參數(shù)，如氣閥損壞、活塞桿下沉、十字頭螺栓松動、連桿磨損等大多數(shù)故障均伴隨著振動信號的異常，我公司往復式壓縮機機身振動設置有大于2.5g延遲30s停機連鎖，但，事故往往是瞬間發(fā)生，嚴重時甚至會引起機組爆炸。而基于越來越成熟的信號分析技術，對往復壓縮機非穩(wěn)態(tài)振動信號的研究工作也越來越多，如通過加速度傳感器測十字頭滑道箱、汽缸側壁、汽缸蓋、軸承等處的振動信號來診斷動力性故障，是一種比較有效的方法，可以前期對機組運行情況進行分析，預警，以避免事故發(fā)生。

三、振動信號智能化控制

隨著互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能、5G等新技術的到來，流程工業(yè)也將從“人工操作”向“智能工廠”“數(shù)字工廠”轉(zhuǎn)型，石化生產(chǎn)裝置和機組的控制將以底層監(jiān)控系統(tǒng)的核心數(shù)據(jù)庫為基礎，將運行監(jiān)控、設備診斷、報警管理、遠程專家支持等應用通過云平臺連接起來，實現(xiàn)大數(shù)據(jù)的存儲、分析和智能優(yōu)化控制，實現(xiàn)無人值守安全高效運行，同時實現(xiàn)遠程專家技術支持和服務。

四、機泵安康控制系統(tǒng)

機泵設備安康管控工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺（設備安康智能管控系統(tǒng)）是通過對機泵等關鍵設備的外表面安裝智能安康傳感器，利用大數(shù)據(jù)、云計算，結合AI數(shù)學模型，為設備提供“數(shù)字化安康+智能化維?！狈?，為機泵設備全生命周期的安全與高效運行保駕護航。

設備安康智能管控系統(tǒng)主要由智能安康無線傳感器（或有線傳感器）、數(shù)據(jù)傳輸設備及安康管控云平臺三部分組成。通過智能安康無線傳感器，對機泵設備運行數(shù)據(jù)進行采集，基于LoRa、NB-IoT或Wi-Fi等互聯(lián)網(wǎng)無線傳輸協(xié)議將大數(shù)據(jù)上傳到安康管控云平臺。用戶可通過手機、平板和電腦等操作終端，對機泵設備運行狀態(tài)進行智能化監(jiān)測與管控。主要包括機泵振動加速度波形頻譜數(shù)據(jù)監(jiān)測、機泵振動速度波形頻譜數(shù)據(jù)監(jiān)測、機泵振動位移波形頻譜數(shù)據(jù)監(jiān)測。對異常數(shù)據(jù)及時發(fā)現(xiàn)，診斷并采取相應處置措施。

通過系統(tǒng)采用工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的云平臺架構，極大的提升運行的安全性和延長使用壽命，具有極強的可用性、可靠性。

五、結論

如果能夠做到在設備出現(xiàn)故障前就可以提前知曉設備故障，這將會大幅度提高設備維修效率，同時也可以有效避免設備運行過程中的非計劃性停機，減少企業(yè)生產(chǎn)損失。當前數(shù)字化、網(wǎng)絡化、智能化是信息化社會發(fā)展的必然趨勢，實現(xiàn)智能監(jiān)測，故障診斷，通過對設備運行狀態(tài)監(jiān)測，進一步提供故障診斷的依據(jù)，可以在很大程度上提高設備管理、維修、經(jīng)濟運行的水平，提高設備的運行的穩(wěn)定性，降低整體運維成本。因此，往復式壓縮機與機泵安康系統(tǒng)相結合，可以提高設備安全、長周期、穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]中國化工學會編制的《2021年（第二屆）中國石油化工設備檢維修技術》

[2]《往復式壓縮機技術問答》作者安定剛