張進杰，張愛斌，申 強

（1.北京化工大學化工安全教育部工程研究中心，北京 100029；2.長慶石化公司，陜西 咸陽 712000；3.大港油田公司第二礦區(qū)管理服務公司，天津 300280）

一、BH5000R往復壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)概述

往復壓縮機是石油、化工生產(chǎn)流程中的重要設備，但是，由于往復壓縮機自身的結(jié)構(gòu)特點和運行工況的復雜性，使得往復壓縮機在運行過程中故障率較高。BH5000R往復壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)是目前在中石油各分公司普遍應用的一套集在線監(jiān)測、趨勢分析、故障診斷、報表制作等功能于一體的監(jiān)測系統(tǒng)，可對機組的氣閥溫度、氣缸壓力、殼體振動、十字頭振動、活塞桿軌跡、活塞桿載荷、活塞桿沉降、偏擺等參量進行實時數(shù)據(jù)采集。

1.框架結(jié)構(gòu)

BH5000R往復壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)是基于插件化思想的網(wǎng)絡化監(jiān)測預警及診斷系統(tǒng)，它可將現(xiàn)場檢測到的運行參數(shù)通過局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)傳送到任何地方，從而實現(xiàn)遠程專家會診。該系統(tǒng)擁有三級網(wǎng)絡架構(gòu)，包括監(jiān)測站級服務器、公司級服務器和集團級服務器。通過網(wǎng)絡可將在設備上的各種傳感器信號，分別上傳到各級服務器，實現(xiàn)了對機組運行狀態(tài)的分層管理。公司內(nèi)部工作人員可通過局域網(wǎng)訪問服務器，對機組的工作狀態(tài)進行實時監(jiān)測分析診斷，外界用戶可通過Internet對各級服務器進行訪問。

2.硬件配置

如圖1所示，往復壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)的硬件主要包括：傳感器及前置器部分、現(xiàn)場防爆箱、信號電纜部分、安全隔離系統(tǒng)、信號采集及處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務器、遠程網(wǎng)絡及通信系統(tǒng)等部分。

本系統(tǒng)主要有6類監(jiān)測信號：鍵相信號、曲軸箱振動、閥門溫度、活塞桿位置（沉降）、氣缸動態(tài)壓力、十字頭撞擊信號。將熱電阻粘貼在氣閥外部，主要用于測量進氣閥、排氣閥溫度，監(jiān)測氣閥故障。采用電渦流傳感器測量活塞桿位置，可以診斷支承環(huán)、活塞環(huán)、十字頭等故障。動態(tài)壓力傳感器安裝在氣缸上的示功孔中，主要通過示功圖和活塞桿載荷來測量氣缸內(nèi)部動態(tài)壓力，監(jiān)測氣閥、活塞環(huán)、活塞桿、十字頭大小頭瓦等故障。采用加速度傳感器測量十字頭處的撞擊信號，監(jiān)測拉缸、水擊、連接松動等撞擊類故障。曲軸箱振動采用加速度傳感器，用來測量振動加速度、速度信號，監(jiān)測基礎(chǔ)振動、殼體振動、不平衡類故障。鍵相信號測量采用電渦流傳感器，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。

現(xiàn)場傳感器安裝在往復壓縮機上，傳感器通過延長電纜連接到現(xiàn)場防爆箱中，再將現(xiàn)場傳感器模擬信號通過電纜鋪設到控制室中，通過隔離箱中的安全柵，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)字信號傳給數(shù)據(jù)服務器，通過服務器上網(wǎng)，最終利用BH5000R軟件可以實現(xiàn)對機組的在線監(jiān)測和分析診斷。

3.軟件功能

BH5000R系統(tǒng)軟件具有數(shù)據(jù)采集、信號處理及分析、故障診斷、故障報警、網(wǎng)絡通信等功能。該系統(tǒng)采用中間件技術(shù)，客戶通過中間件與數(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)軟件主要包括：機組狀態(tài)總貌圖、趨勢圖、歷史比較圖、單值棒圖等常規(guī)圖譜，實現(xiàn)對往復壓縮機的日常監(jiān)測功能?；钊麠U沉降監(jiān)測：幫助分析活塞環(huán)、填料函、十字頭滑塊的磨損情況，同時了解活塞組件的運行狀況。振動監(jiān)測：可以對缸體及氣缸缸頭、曲軸箱、電機主軸、十字頭、主軸軸承進行實時監(jiān)測?；钊麠U軌跡圖：通過分析一個周期內(nèi)活塞桿軸心位置的狀態(tài)，可以及時準確地了解往復壓縮機活塞桿在缸套內(nèi)部水平、垂直兩個方向的運行狀態(tài)，當運行范圍超出預設區(qū)域，將對氣缸、活塞桿、十字頭及連桿部件產(chǎn)生機械性破壞?；钊麠U應力監(jiān)測可實時監(jiān)測活塞桿1個周期內(nèi)的受力狀態(tài)，包括慣性力、氣體力、載荷力，從而有效地反映連桿大小頭瓦的狀況及潤滑情況。多參數(shù)分析可判斷出曲軸在各個角度下，振動、活塞桿位置、活塞桿載荷力和動態(tài)壓力4種信號的數(shù)值與相位的關(guān)系。示功圖可以實現(xiàn)對氣缸內(nèi)壓力過程曲線進行橫縱向比較，分析氣缸、氣閥、活塞環(huán)、支承環(huán)、填料的工作情況。

二、應用案例

煉油廠兩臺新氫壓縮機C3402A/B是4M-BX型四列兩段平衡型壓縮機組，排氣壓力12.9MPa，介質(zhì)為氫氣，兩臺機組一用一備。該往復壓縮機長期存在活塞環(huán)磨損、氣閥損壞等故障，存在極大的安全隱患，同時經(jīng)常停機檢修，又給生產(chǎn)和設備帶來了較大經(jīng)濟損失。該機組于2009年4月安裝了往復壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)，對活塞桿沉降、氣閥溫度、十字頭撞擊、曲軸箱振動等進行綜合監(jiān)測，往復壓縮機結(jié)構(gòu)及測點位置簡圖見圖2（活塞桿沉降傳感器位于機身內(nèi)部，因表示困難，未在圖中標出）。

2009年9月初該機組2#缸振動顯著加劇，撞擊次數(shù)從正常的2次左右增加到最大8次，BH5000R系統(tǒng)報警。使用BH5000R系統(tǒng)客戶端軟件相應的“往復機械專用圖譜”對該機組運行狀態(tài)進行分析，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)2#缸的殼體振動歷史趨勢呈上升狀態(tài)，殼體振動峰值由51.6m/s2增加到109.2m/s2，歷史波形圖顯示在整個工作周期內(nèi)氣閥工作角度上振動幅值增加，歷史頻譜圖顯示振動的高頻分量異常增加。

而2#缸活塞桿沉降圖譜沒有太大變化，這說明氣缸內(nèi)部、十字頭部位運行狀態(tài)無異常，因此判斷異常振動可能是由于氣閥閥片斷裂引起，吸、排氣過程中，在氣流力的作用下破碎閥片與閥座反復強烈撞擊，從而導致殼體振動幅值增加，撞擊次數(shù)異常增大。

9月18日停車檢修，發(fā)現(xiàn)2#缸一側(cè)吸氣閥閥片斷裂，之前的診斷得到驗證。工作人員更換了損壞的氣閥，10月10日重新開車后振動降到20m/s2左右，機組正常運作。

三、總結(jié)

通過案例分析看出，BH5000R往復壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)可對往復壓縮機組的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)控，有效避免重大事故的發(fā)生。但實際應用過程中也發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的一些不足，建議進一步加強往復壓縮機專家系統(tǒng)的開發(fā)，最終實現(xiàn)軟件的自動故障診斷，避免由于人員素質(zhì)的差異造成的誤判或未發(fā)現(xiàn)故障。希望能引入設備管理系統(tǒng)，如MSI/EAM/ERP，實現(xiàn)設備完整性管理，有效提高設備維修管理的準確性和實用性。

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