離線監(jiān)測在電驅壓縮機組的應用

吳 勇

（中國石油集團濟柴動力有限公司成都分公司，四川成都 610100）

0 引言

隨著往復壓縮機監(jiān)測診斷技術的不斷發(fā)展，越來越多的往復壓縮機在新機出廠之前就安裝了在線監(jiān)測系統(tǒng)，用以監(jiān)測壓縮機組的運行狀態(tài)，從而做到對機組的預知性維修。但針對已經(jīng)在用的老舊機組，在場站增設在線監(jiān)測系統(tǒng)將會增加很多額外的工作量，如臨時動火動焊、挖溝埋線等，而且在機組撬內安裝傳感器、步管穿線，必須在停機停產(chǎn)狀態(tài)下進行，給用戶帶來諸多不便。因此，針對老舊的在用壓縮機組，更適合采用離線監(jiān)測的方式來采集數(shù)據(jù)。

某輕烴廠一臺DTY1400 往復式壓縮機組，主要由壓縮機、電機、工藝管系、儀表控制系統(tǒng)、管殼式空冷器等組成，壓縮機和電機通過膜片聯(lián)軸器直聯(lián)，橇裝結構；壓縮機、電機、聯(lián)軸器置于同一個橇上，管殼式空冷器置于另一個橇上（圖1）。壓縮部分為成都壓縮機廠自制的4CFC 主機，動力部分為國產(chǎn)高壓隔爆異步電機，機組為兩級壓縮，兩只382 mm 壓縮缸為一級，雙缸雙作用；兩只265 mm 壓縮缸為二級，雙缸雙作用。

圖1 DTY1400 壓縮機組現(xiàn)場

該機組型號為DTY1400M382×382×265×265，設計的額定功率1400 kW、吸氣壓力0.4～1.6 MPa，排氣壓力3.55～3.8 MPa，標準排量40×104Nm3/d，工作介質為天然氣。因機組累計運行時間已超過32 000 h，需進行大修前的預檢工作，于是增壓站使用西馬力的6320PA 離線監(jiān)測分析儀采集運行數(shù)據(jù)與信號，并進行故障分析判斷。傳統(tǒng)的預檢工作需要4～5 名檢修人員，進行抽檢氣閥、測量十字頭滑道間隙、活塞部件拆卸等工作，耗時4 d 左右；而采用離線檢測，僅需要兩人配合1 d 即可完成數(shù)據(jù)采集、圖譜分析和出具監(jiān)測報告等工作（圖2）。

圖2 現(xiàn)場采集數(shù)據(jù)

1 監(jiān)測系統(tǒng)簡介

6320PA 離線監(jiān)測系統(tǒng)由系統(tǒng)硬件和客戶端軟件兩部分組成。其中，硬件包括采集器和各類監(jiān)測探頭，如溫度、壓力、振動等；軟件為Windrock MD 客戶端軟件。當動態(tài)壓力、超聲波、振動、溫度等信號的采集完成后，利用數(shù)據(jù)線，將采集器采集的所有信號導入計算機，最后再利用計算機內的客戶端軟件對采集信號進行分析、處理。

1.1 缸序和氣閥編號說明

如圖3 所示，以聯(lián)軸器端為基準，最靠近聯(lián)軸器的一列定義為1#缸，稍微遠離聯(lián)軸器端的一列定義為2#缸，以此類推，完成3#缸和4#缸的定義。同理，針對各缸的氣閥，也以靠近聯(lián)軸器端為1#氣閥。以1#缸為例，測點與氣閥的關系見表1。

表1 代碼與氣閥的關系

圖3 缸序和測點說明

其余壓縮缸上的氣閥命名類似。

1.2 監(jiān)測項目與數(shù)量

該輕烴廠DTY1400 壓縮機組離線監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測項目與數(shù)量見表2。

表2 DTY1400 監(jiān)測項目配置表

2 準備工作與現(xiàn)場采集

根據(jù)表2 的點位描述，進行各類信號采集前需要做好以下準備工作。

2.1 鍵相信號的定位

打開1#壓縮缸所在列的中體邊蓋板，手動盤車，通過提前架設的百分表來找出十字頭外止點位置，然后在聯(lián)軸器飛輪適當位置貼上反光貼片，并在小底座附近架設紅外線鍵相發(fā)射器。當飛輪旋轉至反光貼片經(jīng)過紅外線時，發(fā)射器會反饋一個信號給數(shù)據(jù)采集器、作為初始相位，再開始各類數(shù)據(jù)和信號的采集工作（圖4）。

圖4 紅外線鍵相發(fā)射器安裝位置

2.2 安裝示功閥

圖5 壓縮缸示功閥安裝位置

測試動態(tài)壓力時，需要先檢查示功閥是否關閉嚴實，再把動態(tài)壓力傳感器連接到示功閥上，然后緩慢打開示功閥手柄，采集動態(tài)的壓力曲線。

2.3 振動傳感器和超聲波傳感器

振動傳感器有高頻和低頻兩種，均為強磁吸附安裝，超聲波傳感器需要手持，并抵觸測點位置進行測試。同樣以鍵相信號作為參考基準，在需要采集數(shù)據(jù)的每個測點逐個測量。

2.4 溫度測量

按照前面定義的缸序和氣閥編號，對每個氣閥的閥蓋進行紅外測溫，檢測的溫度會被采集器采集并存儲。當數(shù)據(jù)和信號采集完成后，即可通過數(shù)據(jù)線將采集的數(shù)據(jù)和信號導入計算機，進行分析處理。

3 圖譜分析

以1#壓縮缸為例，分別對LogP—LogV 圖（圖6）、P—θ 圖、溫度柱形圖進行分析和判斷。

圖6 1#缸LogP—LogV 圖

首先，如果對氣體狀態(tài)方程PVn=C（C 為常數(shù)）取對數(shù)，可得一個斜率為n 的線性方程。其中n 是過程指數(shù)，n=ne/nc；ne代表膨脹指數(shù)，ne代表壓縮指數(shù)，過程指數(shù)n 是由氣體的組分、壓力、溫度所決定（理論上n=1）。

在壓縮缸內吸氣、壓縮、膨脹、排氣4 個過程中，當氣體膨脹的時候，如果有高壓的氣體泄漏，進入壓縮缸內，它會與壓縮缸固定余隙中殘留的高壓氣體同時發(fā)生膨脹，這時壓縮缸內的壓力會比正常情況下高，使得壓縮活塞需要運行更遠的距離，才能使壓縮缸內的壓力克服進氣閥彈簧彈力，打開進氣閥進氣，這也就導致膨脹曲線的斜率ne降低；當氣體壓縮的時候，高壓的氣體繼續(xù)泄漏，進入壓縮缸內，壓縮缸內的氣體壓力會急劇上升，從而直接克服排氣閥彈簧的彈力，提前打開排氣閥，這也就導致壓縮曲線的斜率nc增大。此時n 的比值自然也會小于1。軟件設定，當n≤0.95 時說明壓縮缸存在泄漏。

圖6 中，HE 端的過程指數(shù)n=0.59，說明HE 端存在泄漏；同理，CE 端的n=0.66，說明CE 端也存在泄漏。這些泄漏是屬于活塞環(huán)漏氣還是氣閥漏氣，還需還需要觀察P—θ 曲線來進一步證實。

其次，通過觀察圖7 中1#壓縮缸缸頭端的P—θ 曲線，以及與之對應的編號為HE1D、HE2D 氣閥超聲波信號，發(fā)現(xiàn)在45°～220°存在有明顯的故障超聲信號，這就說明了缸頭端排氣閥存在泄漏。

圖7 1#缸P—θ 和缸頭端氣閥超聲波曲線

同理，觀察圖8 中1#壓縮缸曲柄端的P—θ 曲線和編號為CE1D、CE2D 氣閥超聲波曲線，在225°～360°也存在明顯的故障超聲信號，這就說明缸頭端排氣閥也存在泄漏。

圖8 1#缸P—θ 和曲柄氣閥超聲波曲線

再次，根據(jù)1#缸的4 個進氣閥、4 個排氣閥的溫度柱形圖對上述故障判定進行佐證。如圖9 所示，缸頭端和曲柄端的進氣閥溫度持平，而排氣閥溫度均存在溫差，且曲柄端的排氣閥溫差超過5 ℃，再次證明排氣閥存在泄漏。

圖9 1#缸缸頭端和曲柄氣閥溫度

需要注意的是，在某些增壓站，壓縮機組露天或半露天放置，氣閥蓋的溫度會受到風吹日曬、油漆油污的影響，甚至還會受到氣缸內部氣體熱傳導的影響。所以，單一地依靠氣閥蓋溫度來判定氣閥泄漏與否，是不可靠的。

然后，通過1#缸的桿載圖（圖10），還需要進行以下檢查分析：

圖10 1#缸桿載與高、低頻振動圖

（1）檢查桿載?？梢郧逦乜闯鲈摿械臍怏w力、慣性力、合成桿載，均未超過額定載荷，負荷安全。

（2）檢查反向角。圖譜顯示該列活塞桿受拉時反向角為165°，活塞桿受壓時為190°，滿足API 618 的規(guī)定。

（3）檢查異常沖擊。觀察該列在缸頭端和曲柄端的高頻振動、低頻振動圖譜，無異常沖擊，無安全隱患。至此，該列圖譜分析完成。

最后，通過客戶端軟件自帶的壓縮機計算分析工具可知（圖11），缸頭端指示功率為177 kW，進氣容積效率為82%，排氣容積效率為50%；曲柄端指示功率為165 kW，進氣容積效率為82%，排氣容積效率為46%。至此，該列圖譜分析完成。

圖11 壓縮機計算工具

因分析方法和圖譜截取方式類似，鑒于篇幅原因，其他3 列的圖譜分析，不再一一敘述。統(tǒng)計各列圖譜分析結果為：①1#、2#、3#、4#缸均存在排氣閥泄漏，其中的2#、4#缸排氣閥泄漏非常嚴重，應重點檢修排氣閥狀況；②一級缸（2#、4#）缸頭端吸氣閥進氣困難，檢查缸頭端進氣閥是否存在堵塞現(xiàn)象；③各列活塞桿受力正常，均在額定桿載之內；④各列未發(fā)現(xiàn)異常沖擊信號。

后續(xù)經(jīng)過機組的拆卸檢修，上述圖譜分析結果，均得到驗證。

4 小結

根據(jù)某輕烴廠DTY1400 壓縮機組的實際案例出發(fā)，利用西馬力6320PA 離線監(jiān)測系統(tǒng)進行信號和數(shù)據(jù)采集，并對各類圖譜逐一進行分析論證，最終成功判定壓縮機組的潛在故障，為機組后續(xù)的大修內容，提供了檢修方向。同時，與在線監(jiān)測系統(tǒng)相比較，離線監(jiān)測系統(tǒng)具備安裝測試方便、現(xiàn)場工作量小、人工成本低、設備轉移靈活便捷、系統(tǒng)性能準確可靠等優(yōu)點，尤其適合對在用的老舊機組進行狀態(tài)監(jiān)測。

通過實踐證明，西馬力6320PA 離線監(jiān)測系統(tǒng)完全能夠滿足用戶對機組狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷和安全運行的需求。