潘高峰，買買提江

（大慶煉化公司設(shè)備監(jiān)測中心，黑龍江 大慶 163411）

2009年，大慶煉化公司在加氫改質(zhì)裝置、異構(gòu)脫蠟裝置、蠟加氫裝置所屬的14臺氫氣壓縮機上安裝使用北京某公司的“BH5000R往復(fù)壓縮機在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)”，對往復(fù)壓縮機實施在線監(jiān)測。該系統(tǒng)是針對往復(fù)壓縮機特有的故障機理，研發(fā)的集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)儲存、在線振動參數(shù)、溫度參數(shù)、活塞桿下沉、示功圖監(jiān)測、故障分析診斷為一體的多功能信息分析系統(tǒng)。

一、BH5000R監(jiān)測系統(tǒng)簡介

1.往復(fù)壓縮機常見故障及機理

往復(fù)壓縮機故障按機理可分成兩大類：一類是流體性質(zhì)的，屬于熱力性能故障，一般表現(xiàn)為排氣量不足，壓力、溫度波動異常，產(chǎn)生原因主要是氣閥、活塞環(huán)、填料函、水冷器等部件發(fā)生了故障；一類是機械性質(zhì)的，屬于機械功能故障，一般表現(xiàn)為機器工作時的異常響聲、振動、過熱等，產(chǎn)生原因主要是吸排氣閥損壞，活塞環(huán)磨損斷裂，活塞桿填料函磨損，活塞桿下沉、裂紋及斷裂，十字頭磨損，曲軸斷裂等。

2.往復(fù)壓縮機監(jiān)測參數(shù)選擇及監(jiān)測位置

根據(jù)往復(fù)壓縮機的故障特點，BH5000R監(jiān)測系統(tǒng)選擇了汽缸內(nèi)動態(tài)壓力、溫度、機體振動、活塞桿下沉、轉(zhuǎn)速等狀態(tài)量作為監(jiān)測參數(shù)。

（1）振動監(jiān)測。使用內(nèi)含積分電路的加速度傳感器測量曲軸箱殼體振動，監(jiān)測殼體異常振動、基礎(chǔ)松動、不平衡類故障。

（2）沖擊監(jiān)測。使用加速度或撞擊傳感器測量十字頭滑道部位的沖擊信號，監(jiān)測拉缸、水擊、連接松動等沖擊類故障。

（3）活塞桿沉降監(jiān)測。使用一個垂直安裝在填料函端部的電渦流傳感器來監(jiān)測活塞桿沉降，監(jiān)測往復(fù)機運行過程中，支承環(huán)與缸套的磨損狀況。

（4）溫度監(jiān)測。使用熱電阻或熱電偶傳感器測量吸、排氣閥溫度，可對氣閥泄漏、閥片斷裂等故障進行有效監(jiān)測。

（5）汽缸壓力和p-V圖監(jiān)測。使用動態(tài)壓力傳感器測量汽缸壓力，并提供p-V圖供故障診斷使用。監(jiān)測汽缸壓力是診斷氣閥泄漏、氣閥卡塞、活塞環(huán)損壞、缸套磨損等故障的最有效方法之一。

（6）鍵相信號監(jiān)測。使用電渦流傳感器，一般安裝在飛輪處，提供信號采集觸發(fā)，用于故障診斷參考。

3.系統(tǒng)硬件組成及功能

系統(tǒng)的硬件主要包括：安裝在現(xiàn)場的各種傳感器、前置信號放大器、現(xiàn)場防爆箱、信號電纜部分、安全隔離系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠程網(wǎng)絡(luò)及通信電纜系統(tǒng)等。

現(xiàn)場傳感器安裝在往復(fù)壓縮機上，傳感器采集的模擬信號通過延長電纜進入現(xiàn)場防爆箱，再通過延長電纜進入安全隔離系統(tǒng)的安全柵，實現(xiàn)現(xiàn)場防爆區(qū)與安全區(qū)的信號傳輸。從安全柵出來的信號接入對應(yīng)的信號采集系統(tǒng)，實現(xiàn)信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換，將處理好的數(shù)字信號通過局域網(wǎng)傳輸給數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過服務(wù)器上網(wǎng)，最終利用BH5000R軟件可以實現(xiàn)對機組的在線監(jiān)測及診斷。

4.系統(tǒng)軟件組成及功能

BH5000R系統(tǒng)軟件具有數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)通信、故障診斷、故障報警等功能。該系統(tǒng)采用中間件技術(shù)，數(shù)據(jù)用戶通過中間件與數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，這樣可防止多用戶同時調(diào)用數(shù)據(jù)庫，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫崩潰的發(fā)生，數(shù)據(jù)的存儲、上傳、調(diào)用都通過中間件軟件完成。本系統(tǒng)軟件進行故障診斷的原理基于以下4個原則：①基于角度域的振動、活塞桿沉降、動態(tài)壓力信號分析（橫坐標(biāo)0°～360°），其中0°標(biāo)記為各缸外止點；②基于多參數(shù)分析（將振動、活塞桿沉降、動態(tài)壓力、溫度進行聯(lián)合分析）；③基于十字頭撞擊次數(shù)的分析（有效判斷十字頭狀態(tài)，小頭瓦松動、十字頭銷松動、十字頭連接松動等故障）；④氣閥溫度趨勢分析，判斷氣閥泄漏、冷卻器、填料泄漏等故障。

根據(jù)上述原則，BH5000R系統(tǒng)軟件可提供的圖譜有：振動波形及活塞桿位置關(guān)聯(lián)圖、活塞桿振動波形及頻譜圖、活塞桿位置運行軌跡圖、十字頭沖擊圖譜、示功圖、壓力相位圖、多參數(shù)分析圖、綜合分析診斷圖、各類特征值趨勢圖、單值棒圖等10種常規(guī)診斷圖譜。根據(jù)上述圖譜可診斷下列故障：①氣閥故障。包括吸、排氣閥卡塞、泄漏，閥片斷裂，彈簧彈力失效、彈簧剛度異常；②活塞部件故障。包括活塞環(huán)泄漏、損壞，支承環(huán)嚴(yán)重磨損、斷裂；③汽缸故障。包括拉缸、撞缸、水擊、缸套過度磨損；④傳動系統(tǒng)故障。包括活塞桿故障、連桿故障、十字頭故障；⑤填料密封故障。包括填料磨損、填料泄漏。

二、BH5000R監(jiān)測系統(tǒng)診斷應(yīng)用案例

1.振動現(xiàn)象

2009年10月30日，BH5000R在線監(jiān)測系統(tǒng)提示異構(gòu)脫蠟裝置的4#缸新氫往復(fù)機C3402B振動報警，往復(fù)機C3402B結(jié)構(gòu)及測點示意圖見圖1。4#汽缸振動峰值、沖擊峰值、活塞桿沉降量等突變（圖2、圖3、圖4），說明往復(fù)機C3402B發(fā)生故障。

2.故障分析

圖1 往復(fù)機結(jié)構(gòu)及測點示意圖

在活塞桿沉降趨勢圖（圖2）、缸體振動趨勢圖（圖3）、缸體曲軸箱振動趨勢圖（圖4）中，可得到故障前后各種參數(shù)變化：從活塞桿沉降量趨勢看出，沉降量突變，由-312μm變到-589μm；從振動趨勢分析，同時振動峰值明顯突變，從60m/s2增長到120m/s2；從振動波形分析，沖擊峰值從59.6m/s2增加到135m/s2。

綜合上述現(xiàn)象，可以判斷故障部位有：4#汽缸活塞環(huán)斷裂；4#汽缸支承環(huán)斷裂；填料密封磨損。

圖2 4#活塞桿沉降趨勢圖

為進一步確定故障部位，通過分析汽缸溫度，吸、排氣溫度的變化趨勢，排除了活塞環(huán)和填料密封故障，確定為支承環(huán)存在斷裂故障。支承環(huán)斷裂原因為活塞與汽缸中心不重合，在往復(fù)運動過程中，支承環(huán)受力不均，在交變應(yīng)力的作用下，受力相對較大部分的強度和壽命大大降低，出現(xiàn)疲勞裂紋，嚴(yán)重時發(fā)生斷裂。支承環(huán)斷裂后，汽缸振幅會顯著增加，沉降量突變，運動軌跡異常。

3.故障處理

為防止故障惡化，發(fā)生活塞環(huán)、缸套、填料的嚴(yán)重磨損，甚至活塞桿斷裂、拉缸等重大事故，緊急停機進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)支承環(huán)斷裂。更換4#汽缸支承環(huán)，并調(diào)整各部分間隙在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，啟機后機組振動恢復(fù)正常。

三、結(jié)論

圖3 4#缸體振動趨勢圖

圖4 4#缸體曲軸箱振動趨勢圖

上述實例說明，使用BH5000R往復(fù)壓縮機在線監(jiān)測診斷系統(tǒng)可實時監(jiān)控往復(fù)機運行過程中的振動及溫度、壓力等工藝參數(shù)，現(xiàn)場及遠程專家可及時識別機組的狀態(tài)、發(fā)現(xiàn)故障的早期征兆，提前采取有效的預(yù)防及檢修措施，避免重大事故發(fā)生。但由于往復(fù)壓縮機振動原因復(fù)雜，希望能引入專家診斷系統(tǒng)，進一步提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

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