韓文凱

（河南省龍宇煤化工公司，河南 永城 300000）

現(xiàn)代科技的進(jìn)步，推動(dòng)往復(fù)式壓縮機(jī)自動(dòng)化、智能化發(fā)展，與此同時(shí)，增大各構(gòu)件彼此間聯(lián)系緊密性，如果其中一個(gè)構(gòu)件發(fā)生運(yùn)行故障，會(huì)影響壓縮機(jī)整體運(yùn)行效果，嚴(yán)重時(shí)，將導(dǎo)致設(shè)備癱瘓。對(duì)此，相關(guān)人員需重視起壓縮機(jī)故障診斷工作的開(kāi)展，掌握科學(xué)且先進(jìn)的診斷方法，以診斷結(jié)果為依據(jù)，制定可行的故障處理措施，確保壓縮機(jī)始終保持良好運(yùn)行狀態(tài)。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行原理

往復(fù)式壓縮機(jī)屬于容積式壓縮機(jī)，實(shí)現(xiàn)封閉空間中氣體的順序吸入與排出，以此增加靜壓力。壓縮機(jī)運(yùn)作時(shí)，設(shè)備自帶的曲軸會(huì)引起連桿運(yùn)動(dòng)，受連桿的影響，活塞也會(huì)呈上下運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。活塞的運(yùn)動(dòng)會(huì)伴隨氣缸內(nèi)容積的變化：當(dāng)活塞向上運(yùn)動(dòng)，氣缸容積隨之減小，出氣閥自動(dòng)開(kāi)啟、進(jìn)氣閥關(guān)閉，完成壓縮過(guò)程；當(dāng)活塞向下運(yùn)動(dòng)，氣缸容積變大，進(jìn)氣閥隨之開(kāi)啟，出氣閥關(guān)閉，執(zhí)行進(jìn)氣操作。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，活塞每運(yùn)動(dòng)一次，氣閥的排氣閥與吸氣閥便會(huì)關(guān)閉、開(kāi)啟一次，能夠看出壓縮機(jī)吸氣與排氣工作受活塞活動(dòng)所控制。往復(fù)式壓縮機(jī)構(gòu)成有壓縮機(jī)、曲軸箱、發(fā)動(dòng)機(jī)。其中，壓縮機(jī)由多級(jí)氣缸組成，每級(jí)間設(shè)有緩沖冷卻分離器，此時(shí)開(kāi)啟進(jìn)氣閥，會(huì)盡數(shù)吸收外部存有的工藝氣填滿壓縮缸?；钊冀K保持前進(jìn)運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)對(duì)石油氣體的壓縮，當(dāng)壓力趨近于所設(shè)定最大壓力時(shí)，開(kāi)啟排氣閥，使工藝氣被吸入進(jìn)二級(jí)壓縮缸內(nèi)；發(fā)動(dòng)機(jī)借助曲軸將動(dòng)力輸送給壓縮機(jī)，由活塞桿、活塞環(huán)、氣缸、氣閥等構(gòu)件組成。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)常見(jiàn)故障研究

2.1 機(jī)械性能故障

壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)作后，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械部件性能持續(xù)減弱，并出現(xiàn)不同程度的磨損現(xiàn)象。對(duì)于一些輕微磨損構(gòu)件，只需安排專業(yè)人員加以修理，直至恢復(fù)原來(lái)形態(tài)；但一些嚴(yán)重磨損的部件，不利于修復(fù)作業(yè)的開(kāi)展，只能通過(guò)更換部件確保設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行。通常來(lái)說(shuō)，往復(fù)式壓縮機(jī)作業(yè)期間，易磨損構(gòu)件為與缸體相連的氣閥、活塞等，若未及時(shí)處理有問(wèn)題構(gòu)件，會(huì)增大構(gòu)件失靈的風(fēng)險(xiǎn)。機(jī)械部件的磨損會(huì)對(duì)壓縮機(jī)正常運(yùn)行狀態(tài)產(chǎn)生干擾，因此，應(yīng)重視起構(gòu)件運(yùn)行故障診斷與修復(fù)工作，確保設(shè)備機(jī)械性能良好[1]。

2.2 潤(rùn)滑系統(tǒng)故障

潤(rùn)滑系統(tǒng)故障主要有注油器和油泵故障、油溫與油壓異常。伴隨著的故障行為有潤(rùn)滑油泄漏、潤(rùn)滑系統(tǒng)構(gòu)件損壞、潤(rùn)滑油不足、潤(rùn)滑油管堵塞等。不同故障的處理方式也存在差異，比如，若發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑箱漏油，則需開(kāi)展?jié)櫥蘩?、更換工作；如果潤(rùn)滑油管堵塞，應(yīng)在第一時(shí)間組織故障維修人員進(jìn)行油管疏通；若運(yùn)行期間檢測(cè)到的油溫過(guò)高，故障判斷方法如下：細(xì)致、全方位檢查壓縮機(jī)各構(gòu)件運(yùn)行狀態(tài)，構(gòu)件的異常運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量熱量，并伴有巨大摩擦力，從而引發(fā)潤(rùn)滑劑溫度過(guò)高問(wèn)題。此外，潤(rùn)滑油本身具有清潔作用，但在清潔過(guò)程中，會(huì)將運(yùn)動(dòng)件的磨屑沖進(jìn)油箱，造成油管堵塞。故障檢查時(shí)，若發(fā)現(xiàn)冷卻水進(jìn)水溫度過(guò)高，且冷卻效率低；冷卻器附著的油污、水垢過(guò)多，冷卻水管壁有大量結(jié)垢或浮沫，都會(huì)影響冷卻系統(tǒng)熱傳導(dǎo)效果，而以上現(xiàn)象的存在說(shuō)明冷卻系統(tǒng)損壞，需及時(shí)維修或更換。此外，若長(zhǎng)時(shí)間未更換潤(rùn)滑油、受空氣影響而氧化、被壓縮工藝氣酸化等，均會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑油變質(zhì)，不利于潤(rùn)滑系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，并抑制往復(fù)式壓縮機(jī)整體運(yùn)行效果。

2.3 設(shè)備排氣故障

排氣故障包括過(guò)濾器運(yùn)行故障、閥門故障、活塞堵塞不嚴(yán)、排氣溫度與壓力異常等。通常來(lái)說(shuō)，往復(fù)式壓縮機(jī)的排氣系統(tǒng)會(huì)設(shè)置過(guò)濾器，隨著壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)間的不斷推移，過(guò)濾器極易被灰塵堵塞，嚴(yán)重影響設(shè)備整體過(guò)濾效果；排氣系統(tǒng)中會(huì)分別設(shè)置排氣閥與吸氣閥，若二者同時(shí)發(fā)生故障，將會(huì)增大壓縮機(jī)排氣故障的可能性；活塞密封程度不夠或氣缸磨損嚴(yán)重，也是引發(fā)壓縮機(jī)排氣問(wèn)題的重要原因。

此外，若活塞與氣缸之間存有較大間隙，導(dǎo)致氣缸漏氣，無(wú)法保證設(shè)備正常排氣；壓縮機(jī)工作過(guò)程中，應(yīng)做好配備儀表盤(pán)數(shù)值的日常檢查、讀取、記錄工作，若發(fā)現(xiàn)排氣壓力小于正常壓力，則需在第一時(shí)間檢查活塞環(huán)以及閥門的完好程度，如果有嚴(yán)重磨損應(yīng)更換。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)的排氣溫度要在正常工藝指標(biāo)范圍內(nèi)，應(yīng)先對(duì)壓縮機(jī)整體運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行考慮，判斷其是否在規(guī)定范圍內(nèi)，再檢查冷卻系統(tǒng)運(yùn)行工況，若存有異常，需立即開(kāi)展冷卻器維修、保養(yǎng)工作，從而獲得良好的降溫效果。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷方法

3.1 小波分析

通常情況下，如果往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)生運(yùn)行故障，會(huì)發(fā)出大量不穩(wěn)定波動(dòng)信號(hào)，且以振動(dòng)形式存在，振動(dòng)信號(hào)的頻率不同，在表現(xiàn)形式方面有較大差異性，而表現(xiàn)出的壓縮機(jī)故障特性也不同。小波分析診斷法主要針對(duì)振動(dòng)信號(hào)，采取在線檢測(cè)、分析的方法全方位、深入性診斷往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行實(shí)際情況，依托于振動(dòng)信號(hào)判定設(shè)備故障預(yù)警信息。壓縮機(jī)故障診斷是一項(xiàng)綜合性、復(fù)雜性工程，診斷期間可能受多種不可控因素的影響，對(duì)此，在診斷前，應(yīng)安排組織專業(yè)人員對(duì)各環(huán)節(jié)易出現(xiàn)的影響因素加以科學(xué)調(diào)控。小波分析診斷流程如下：深度融合小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，依托于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)具有的延伸性特點(diǎn)，能夠有效彌補(bǔ)小波分析過(guò)程中體現(xiàn)出的不足，在此基礎(chǔ)上，著手于往復(fù)式壓縮機(jī)診斷系統(tǒng)的完善與優(yōu)化工作。比如，開(kāi)展壓縮機(jī)故障樣本訓(xùn)練前，應(yīng)將已產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)盡數(shù)收集起來(lái)，并上傳于專門打造的系統(tǒng)中，對(duì)信號(hào)進(jìn)行消噪處理。在信號(hào)傳輸作用下，會(huì)使故障樣本進(jìn)入到小波分析中，逐漸分支重組，實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)故障特征的全面提取，再將所采集到的信息上傳于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練中執(zhí)行細(xì)化處理工作，并生成壓縮機(jī)故障診斷報(bào)告。小波分析與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)共同打造出相互連接的橋梁，從而彌補(bǔ)、完善各自存在的缺陷，現(xiàn)如今，這一診斷方法已被廣泛應(yīng)用在氣閥泄漏、基礎(chǔ)聯(lián)動(dòng)松動(dòng)等故障診斷作業(yè)中，并獲得預(yù)期診斷效果[2]。

3.2 專家系統(tǒng)

專家系統(tǒng)是當(dāng)前往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷時(shí)常應(yīng)用的一種診斷方法，具備極為顯著的專家系統(tǒng)數(shù)據(jù)計(jì)算優(yōu)勢(shì)，在大量數(shù)據(jù)的支撐下，增強(qiáng)故障處理決策制定與實(shí)施科學(xué)性、有效性。確保設(shè)備故障診斷精準(zhǔn)性、高效性。當(dāng)前，專家系統(tǒng)應(yīng)用到壓縮機(jī)故障診斷多個(gè)方面，為使該種診斷方法應(yīng)用價(jià)值得到充分發(fā)揮，需積極、高質(zhì)量落實(shí)各環(huán)節(jié)準(zhǔn)備工作：診斷前期，應(yīng)安排專業(yè)人員借助現(xiàn)代化設(shè)備或儀器采集壓縮機(jī)運(yùn)行參數(shù)，再對(duì)比系統(tǒng)正常時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)異常部位的快速定位，緊接著分析故障類型及產(chǎn)生原因，制定針對(duì)性的處理措施，幫助壓縮機(jī)恢復(fù)正常運(yùn)行狀態(tài)。專家系統(tǒng)中，能夠全面整合各項(xiàng)數(shù)據(jù)，再依托于信息技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)打造專家知識(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)，為工作人員跟蹤、實(shí)時(shí)了解壓縮機(jī)故障狀態(tài)以及運(yùn)行故障問(wèn)題的解決提供可靠數(shù)據(jù)支持。此外，故障涉及的內(nèi)容較多，包括儀表失準(zhǔn)、連接松動(dòng)、閥座損壞等，專家系統(tǒng)的正確診斷依托于知識(shí)庫(kù)時(shí)效性運(yùn)行來(lái)實(shí)現(xiàn)，將匯總的分析結(jié)果上傳于知識(shí)庫(kù)中，為壓縮機(jī)故障檢修與運(yùn)維人員各項(xiàng)工作的秩序開(kāi)展提供便利。

3.3 聲發(fā)射診斷

需借助聲發(fā)射源，通常存在于往復(fù)式壓縮機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，故障診斷人員只需通過(guò)管控系統(tǒng)下達(dá)指令，流經(jīng)傳感器耦合界面，便會(huì)使聲發(fā)射源的形態(tài)發(fā)生變化。與此同時(shí)，聲發(fā)射儀接收信號(hào)，并以可視化的形式加以顯現(xiàn)，這一信號(hào)便可作為故障診斷數(shù)據(jù)進(jìn)行深入研究。壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，其整體運(yùn)行狀態(tài)為動(dòng)態(tài)變化，利用聲發(fā)射技術(shù)，能夠在短時(shí)間內(nèi)對(duì)壓縮機(jī)當(dāng)前運(yùn)作情況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷。聲發(fā)射診斷表現(xiàn)出發(fā)射信號(hào)傳輸快的優(yōu)勢(shì)，極大程度地提高壓縮機(jī)故障信息采集效率，又可保證采集結(jié)果的準(zhǔn)確性。對(duì)壓縮機(jī)樣品進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，聲發(fā)射診斷法體現(xiàn)出層級(jí)性分化特征，能夠全方位采集、細(xì)致整合壓縮機(jī)運(yùn)行期間產(chǎn)生的所有信號(hào)。而在檢測(cè)正常運(yùn)行壓縮機(jī)的信號(hào)時(shí)，利用聲發(fā)射技術(shù)進(jìn)行科學(xué)處理，能夠有效區(qū)分不同種類信號(hào)，便于對(duì)比分析工作的開(kāi)展，確保故障點(diǎn)定位準(zhǔn)確。

3.4 其他故障診斷法

往復(fù)式壓縮機(jī)構(gòu)造較為復(fù)雜，且故障類型多樣，意味著故障診斷方法的豐富性、多元性。可大致分為兩類：一是在線診斷法，又稱為直接診斷法，通過(guò)觀察壓縮機(jī)整體運(yùn)行狀態(tài)判斷故障點(diǎn)的大致位置，并給出可行且有效的故障處理措施；二是間接診斷法，通過(guò)執(zhí)行二次診斷作業(yè)，采集、匯總壓縮機(jī)運(yùn)作信息，以此了解各構(gòu)件變化情況。除上文談及的故障診斷技術(shù)外，當(dāng)前應(yīng)用頻率較高的故障診斷法還包括直觀診斷法、油液診斷法、熱力診斷法、振動(dòng)診斷法等。

1.直觀診斷法。作為最基礎(chǔ)的診斷方法，其診斷原理較為簡(jiǎn)單，主要是依靠工作人員的身體感官如運(yùn)行狀態(tài)觀察、運(yùn)行振動(dòng)發(fā)出聲響記錄以及多年運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行故障的診斷。但在此期間，僅從主觀意識(shí)決斷方面加以分析，缺乏技術(shù)性，無(wú)法保證故障診斷結(jié)果以及故障定位準(zhǔn)確性，因此，通常應(yīng)用在壓縮機(jī)故障初步診斷工作中，或在缺乏先進(jìn)檢測(cè)裝置的情況下應(yīng)急使用。但隨著自動(dòng)化技術(shù)、智能化技術(shù)不斷發(fā)展與完善，實(shí)現(xiàn)往復(fù)式壓縮機(jī)智能化操作，現(xiàn)如今，直觀診斷法的應(yīng)用頻率較低，并逐漸被融合人工智能技術(shù)的診斷法所替代。

2.油液診斷法。該種診斷方法較為特殊，主要有兩種形式：油液物理化學(xué)性能診斷、油液磨損信息分析。診斷作業(yè)前，工作人員需對(duì)壓縮機(jī)中的油液進(jìn)行取樣，分析油液自身屬性與油液磨損信息，在此基礎(chǔ)上，判斷壓縮機(jī)可能存在的運(yùn)行故障。油液分析過(guò)程中涉及大量先進(jìn)設(shè)備儀器和技術(shù)的使用，提高油液診斷結(jié)果精準(zhǔn)程度。

3.熱力診斷法。依托于精準(zhǔn)測(cè)量?jī)x器，測(cè)量、分析壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的各項(xiàng)參數(shù)，從而達(dá)到故障診斷的效果。監(jiān)測(cè)對(duì)象以及采集的數(shù)據(jù)信息有冷卻水量、排氣量、水溫、油溫等。數(shù)據(jù)收集期間，因構(gòu)件類型較多，故障的數(shù)據(jù)表現(xiàn)形式多樣，不利于壓縮機(jī)故障診斷、預(yù)測(cè)工作的準(zhǔn)確進(jìn)行，因此，熱力診斷法一般用于壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)中。

4.振動(dòng)診斷法。通過(guò)觀察壓縮機(jī)整體振動(dòng)情況，對(duì)氣缸磨損、氣閥漏氣、主軸承運(yùn)行狀態(tài)等信息進(jìn)行分析。將振動(dòng)傳感器安裝于氣缸端部，實(shí)時(shí)采集振動(dòng)信號(hào)，依托于傳感器收集結(jié)果對(duì)氣缸內(nèi)部故障進(jìn)行判斷；同時(shí)，也可以將傳感器設(shè)置在油管附近，實(shí)時(shí)、跟蹤采集壓力波信號(hào)，以此為依據(jù)，診斷壓縮機(jī)軸承整體運(yùn)行狀況；細(xì)致分析振動(dòng)信號(hào)，判斷壓縮機(jī)主軸承故障。由于壓縮機(jī)運(yùn)作過(guò)程中會(huì)伴隨較大噪聲，對(duì)振動(dòng)信號(hào)的干擾程度大，為保證分析、診斷結(jié)果的準(zhǔn)確性，需做好降噪措施，以此增強(qiáng)傳感器可靠度。

3.5 儀表故障

遠(yuǎn)傳儀表探頭的應(yīng)用提高了設(shè)備的安全可靠性，但也會(huì)隨著運(yùn)行時(shí)間的拉長(zhǎng)、設(shè)備震動(dòng)的干擾和廢料污垢的堆積，導(dǎo)致探頭信號(hào)的失靈或者中斷，導(dǎo)壓管的堵塞等一系列問(wèn)題發(fā)生。所以為了設(shè)備的長(zhǎng)周期的安全可靠運(yùn)行，需要制定設(shè)備的短中長(zhǎng)的定期維修與維護(hù)，并且在運(yùn)行期間中控要認(rèn)真監(jiān)盤(pán)遠(yuǎn)傳信號(hào)的真實(shí)性及時(shí)與現(xiàn)場(chǎng)操作工對(duì)比就地儀表壓力和溫度數(shù)據(jù)的一致性。一旦出現(xiàn)遠(yuǎn)傳信號(hào)與現(xiàn)場(chǎng)就地儀表顯示數(shù)據(jù)不一致，要聯(lián)系電氣或者儀表檢修工前來(lái)檢查電器元件和遠(yuǎn)傳儀表是否損壞，首先解除連鎖停泵停機(jī)限制后，方可讓操作工隔離有問(wèn)題的儀表部件，然后儀表工維修儀表或者電器工維修電器元件，在中控?zé)o法得到機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)及時(shí)監(jiān)盤(pán)機(jī)組運(yùn)行情況時(shí)，就要現(xiàn)場(chǎng)操作工運(yùn)用直觀診斷法保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行，比如溫度探頭故障就要用到測(cè)溫儀手動(dòng)測(cè)量機(jī)組設(shè)備的運(yùn)行溫度，震動(dòng)異響就要用到聽(tīng)棒用耳朵判斷設(shè)備異響部位，壓力和液位要讓操作工觀察現(xiàn)場(chǎng)就地壓力表和液位計(jì)的數(shù)據(jù)，用對(duì)講機(jī)匯報(bào)中控，輔助中控監(jiān)盤(pán)，來(lái)保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.6 原動(dòng)機(jī)故障

往復(fù)式壓縮機(jī)的原動(dòng)機(jī)主流使用的有電機(jī)和汽輪機(jī)。在原動(dòng)機(jī)出現(xiàn)震動(dòng)位移超標(biāo)，或者軸瓦溫度異常升高時(shí)，判斷故障來(lái)源也要考慮原動(dòng)機(jī)的傳導(dǎo)波及到從動(dòng)機(jī)。例如汽輪機(jī)作為往復(fù)機(jī)的動(dòng)力源時(shí)，因?yàn)檎羝客蝗辉龃蠡蛘呒訙p負(fù)荷過(guò)快，導(dǎo)致汽輪機(jī)震動(dòng)位移加劇，因?yàn)槠啓C(jī)與往復(fù)式壓縮機(jī)中間有聯(lián)軸器或者變速箱相連接，從而汽輪機(jī)的震動(dòng)會(huì)傳導(dǎo)向往復(fù)式壓縮機(jī)，使往復(fù)式壓縮機(jī)軸瓦摩擦生熱導(dǎo)致軸承轉(zhuǎn)子溫度異常升高，這時(shí)問(wèn)題的根源在汽輪機(jī)，而不在往復(fù)式壓縮機(jī)，所以判斷故障要精準(zhǔn)定位，才能消除隱患，保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行。

4 結(jié)語(yǔ)

石油化工生產(chǎn)作業(yè)期間，若往復(fù)式壓縮機(jī)發(fā)生運(yùn)行故障，將會(huì)使生產(chǎn)效率、品質(zhì)與安全受到嚴(yán)重影響。這就需要壓縮機(jī)操控人員認(rèn)識(shí)到設(shè)備運(yùn)維與故障診斷工作開(kāi)展的必要性，掌握壓縮機(jī)運(yùn)作原理，分析可能發(fā)生的運(yùn)行故障類型，在此基礎(chǔ)上，采用科學(xué)故障診斷方法快速、準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)各類故障的有效排除，依托于壓縮機(jī)良好運(yùn)行狀態(tài)，推動(dòng)工業(yè)生產(chǎn)安全、持續(xù)生產(chǎn)。