張進(jìn)杰，張愛(ài)斌，申 強(qiáng)

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

一、BH5000R往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

往復(fù)壓縮機(jī)是石油、化工生產(chǎn)流程中的重要設(shè)備，但是，由于往復(fù)壓縮機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行工況的復(fù)雜性，使得往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中故障率較高。BH5000R往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是目前在中石油各分公司普遍應(yīng)用的一套集在線監(jiān)測(cè)、趨勢(shì)分析、故障診斷、報(bào)表制作等功能于一體的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可對(duì)機(jī)組的氣閥溫度、氣缸壓力、殼體振動(dòng)、十字頭振動(dòng)、活塞桿軌跡、活塞桿載荷、活塞桿沉降、偏擺等參量進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集。

1.框架結(jié)構(gòu)

BH5000R往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于插件化思想的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)預(yù)警及診斷系統(tǒng)，它可將現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)到的運(yùn)行參數(shù)通過(guò)局域網(wǎng)和Internet網(wǎng)傳送到任何地方，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程專(zhuān)家會(huì)診。該系統(tǒng)擁有三級(jí)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括監(jiān)測(cè)站級(jí)服務(wù)器、公司級(jí)服務(wù)器和集團(tuán)級(jí)服務(wù)器。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)可將在設(shè)備上的各種傳感器信號(hào)，分別上傳到各級(jí)服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的分層管理。公司內(nèi)部工作人員可通過(guò)局域網(wǎng)訪問(wèn)服務(wù)器，對(duì)機(jī)組的工作狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析診斷，外界用戶可通過(guò)Internet對(duì)各級(jí)服務(wù)器進(jìn)行訪問(wèn)。

2.硬件配置

如圖1所示，往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件主要包括：傳感器及前置器部分、現(xiàn)場(chǎng)防爆箱、信號(hào)電纜部分、安全隔離系統(tǒng)、信號(hào)采集及處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)及通信系統(tǒng)等部分。

本系統(tǒng)主要有6類(lèi)監(jiān)測(cè)信號(hào)：鍵相信號(hào)、曲軸箱振動(dòng)、閥門(mén)溫度、活塞桿位置（沉降）、氣缸動(dòng)態(tài)壓力、十字頭撞擊信號(hào)。將熱電阻粘貼在氣閥外部，主要用于測(cè)量進(jìn)氣閥、排氣閥溫度，監(jiān)測(cè)氣閥故障。采用電渦流傳感器測(cè)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(dòng)態(tài)壓力傳感器安裝在氣缸上的示功孔中，主要通過(guò)示功圖和活塞桿載荷來(lái)測(cè)量氣缸內(nèi)部動(dòng)態(tài)壓力，監(jiān)測(cè)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(cè)量十字頭處的撞擊信號(hào)，監(jiān)測(cè)拉缸、水擊、連接松動(dòng)等撞擊類(lèi)故障。曲軸箱振動(dòng)采用加速度傳感器，用來(lái)測(cè)量振動(dòng)加速度、速度信號(hào)，監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)振動(dòng)、殼體振動(dòng)、不平衡類(lèi)故障。鍵相信號(hào)測(cè)量采用電渦流傳感器，一般安裝在飛輪處，提供信號(hào)采集觸發(fā)，用于故障診斷參考。

現(xiàn)場(chǎng)傳感器安裝在往復(fù)壓縮機(jī)上，傳感器通過(guò)延長(zhǎng)電纜連接到現(xiàn)場(chǎng)防爆箱中，再將現(xiàn)場(chǎng)傳感器模擬信號(hào)通過(guò)電纜鋪設(shè)到控制室中，通過(guò)隔離箱中的安全柵，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)防爆區(qū)與安全區(qū)的信號(hào)傳輸。從安全柵出來(lái)的信號(hào)接入對(duì)應(yīng)的信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，將處理好的數(shù)字信號(hào)傳給數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器上網(wǎng)，最終利用BH5000R軟件可以實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)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(hào)處理及分析、故障診斷、故障報(bào)警、網(wǎng)絡(luò)通信等功能。該系統(tǒng)采用中間件技術(shù)，客戶通過(guò)中間件與數(shù)據(jù)庫(kù)建立聯(lián)系，這樣可防止多用戶同時(shí)調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)崩潰的發(fā)生，數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、上傳、調(diào)用都通過(guò)中間件軟件完成。

本系統(tǒng)軟件主要包括：機(jī)組狀態(tài)總貌圖、趨勢(shì)圖、歷史比較圖、單值棒圖等常規(guī)圖譜，實(shí)現(xiàn)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的日常監(jiān)測(cè)功能?；钊麠U沉降監(jiān)測(cè)：幫助分析活塞環(huán)、填料函、十字頭滑塊的磨損情況，同時(shí)了解活塞組件的運(yùn)行狀況。振動(dòng)監(jiān)測(cè)：可以對(duì)缸體及氣缸缸頭、曲軸箱、電機(jī)主軸、十字頭、主軸軸承進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。活塞桿軌跡圖：通過(guò)分析一個(gè)周期內(nèi)活塞桿軸心位置的狀態(tài)，可以及時(shí)準(zhǔn)確地了解往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿在缸套內(nèi)部水平、垂直兩個(gè)方向的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)行范圍超出預(yù)設(shè)區(qū)域，將對(duì)氣缸、活塞桿、十字頭及連桿部件產(chǎn)生機(jī)械性破壞?；钊麠U應(yīng)力監(jiān)測(cè)可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活塞桿1個(gè)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(rùn)滑情況。多參數(shù)分析可判斷出曲軸在各個(gè)角度下，振動(dòng)、活塞桿位置、活塞桿載荷力和動(dòng)態(tài)壓力4種信號(hào)的數(shù)值與相位的關(guān)系。示功圖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸內(nèi)壓力過(guò)程曲線進(jìn)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(yīng)用案例

煉油廠兩臺(tái)新氫壓縮機(jī)C3402A/B是4M-BX型四列兩段平衡型壓縮機(jī)組，排氣壓力12.9MPa，介質(zhì)為氫氣，兩臺(tái)機(jī)組一用一備。該往復(fù)壓縮機(jī)長(zhǎng)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(shí)經(jīng)常停機(jī)檢修，又給生產(chǎn)和設(shè)備帶來(lái)了較大經(jīng)濟(jì)損失。該機(jī)組于2009年4月安裝了往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)活塞桿沉降、氣閥溫度、十字頭撞擊、曲軸箱振動(dòng)等進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，往復(fù)壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)及測(cè)點(diǎn)位置簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖2（活塞桿沉降傳感器位于機(jī)身內(nèi)部，因表示困難，未在圖中標(biāo)出）。

2009年9月初該機(jī)組2#缸振動(dòng)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(bào)警。使用BH5000R系統(tǒng)客戶端軟件相應(yīng)的“往復(fù)機(jī)械專(zhuān)用圖譜”對(duì)該機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行分析，如圖3所示，發(fā)現(xiàn)2#缸的殼體振動(dòng)歷史趨勢(shì)呈上升狀態(tài)，殼體振動(dòng)峰值由51.6m/s2增加到109.2m/s2，歷史波形圖顯示在整個(gè)工作周期內(nèi)氣閥工作角度上振動(dòng)幅值增加，歷史頻譜圖顯示振動(dòng)的高頻分量異常增加。

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

9月18日停車(chē)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(yàn)證。工作人員更換了損壞的氣閥，10月10日重新開(kāi)車(chē)后振動(dòng)降到20m/s2左右，機(jī)組正常運(yùn)作。

三、總結(jié)

通過(guò)案例分析看出，BH5000R往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效避免重大事故的發(fā)生。但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中也發(fā)現(xiàn)該系統(tǒng)的一些不足，建議進(jìn)一步加強(qiáng)往復(fù)壓縮機(jī)專(zhuān)家系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，最終實(shí)現(xiàn)軟件的自動(dòng)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(shè)備管理系統(tǒng)，如MSI/EAM/ERP，實(shí)現(xiàn)設(shè)備完整性管理，有效提高設(shè)備維修管理的準(zhǔn)確性和實(shí)用性。

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