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)

1 引言

傳統(tǒng)的整體式天然氣壓縮機組，一般由動力部分、機身部分、壓縮部分，共計三部分組成。其中動力部分包括動力活塞組件、動力缸組件；機身部分包括動力十字頭組件、動力連桿組件、機身組件、壓縮連桿組件、壓縮十字頭組件；壓縮部分包括中體組件、壓縮缸組件、壓縮活塞組件。動力部分和壓縮部分共用一根布置于機身中的曲軸，動力缸依靠燃氣壓力系統(tǒng)實現(xiàn)動力活塞在氣缸內的往復式運動，通過曲軸，從而帶動壓縮活塞，實現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣、膨脹等做功過程。

某增壓處理站一臺ZTY470壓縮機組，機組采用兩級壓縮，一級壓縮缸為一件10″壓縮缸，雙作用；二級壓縮缸為一件7″壓縮缸，雙作用，該機組由成都壓縮機公司組裝配套，用于天然氣增壓處理。機組主要設計參數(shù)如下：

機組型號：ZTY470MH10x7

額定功率：470 kW

額定轉速：440 r/min

標準排量：10～30×104Nm3/d

工作介質：含硫天然氣吸氣壓力：0.6～3.5 MPa

排氣壓力：4.0～5.5 MPa

該壓縮機組運行時間已超過10年，機組老化嚴重。為及早發(fā)現(xiàn)該機組已存在或即將萌發(fā)的設備故障，減少故障發(fā)生幾率，確保該機組安全、可靠的穩(wěn)定運行，避免給用戶帶來巨大的經濟損失，同時使之具備集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網絡傳輸、數(shù)據(jù)儲存、在線振動參數(shù)、活塞桿沉降、示功圖監(jiān)測、故障分析診斷等功能，現(xiàn)決定在該機組上增設在線監(jiān)測系統(tǒng)。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)概述

本次在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用全新的設計理念，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，并可在局域網和互聯(lián)網上方便進行查詢和分析。通過建立完整、統(tǒng)一的動設備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，給用戶設備管理帶來全新的設備管理模式，提供基于多種專業(yè)化分析圖譜和監(jiān)測診斷報警手段，并可以為今后拓展廣域網監(jiān)測、遠程專家診斷服務、遠程維護和遠程升級服務等打下技術基礎，實現(xiàn)機組遠程狀態(tài)監(jiān)測診斷聯(lián)網，滿足全方位信息管理系統(tǒng)的要求。

在線監(jiān)測系統(tǒng)能滿足對機組的振動參數(shù)就地實時采集、能夠完成兩級數(shù)據(jù)存儲(現(xiàn)場場站數(shù)據(jù)庫、成都壓縮機公司遠程監(jiān)測中心云平臺)，即便是企業(yè)局域網崩潰的條件下，也能確保不丟失機組運行狀態(tài)的原始數(shù)據(jù)，保證場站數(shù)據(jù)庫服務器存儲能力，實時連續(xù)、密集采集的數(shù)據(jù)長度為8 h。

場站服務器同時具備對機組現(xiàn)場所有振動參數(shù)進行實時就地分析診斷功能，不依賴局域網自成體系，可獨立對場站內的機組、泵組進行實時的數(shù)據(jù)采集、歷史的振動數(shù)據(jù)的故障分析。提供基于MDBase數(shù)據(jù)庫的監(jiān)測技術和各種專業(yè)化前沿分析功能。

2.1 系統(tǒng)架構

整體式天然氣壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)拓撲圖如圖1所示，安裝在撬上的設備有防爆箱、接線箱、數(shù)據(jù)采集箱、各類傳感器，場站在線服務器則安裝在值班室的機柜內。

圖1 ZTY470在線監(jiān)測系統(tǒng)拓撲圖

在拓撲圖中共有機組現(xiàn)場、場站層、企業(yè)層3個層面。

2.1.1 在線式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

機組現(xiàn)場中的①為在線式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其功能是對所監(jiān)測的往復機進行實時在線的數(shù)據(jù)采集，采集后數(shù)據(jù)的分類處理、實時監(jiān)測報警，同時完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?。在線式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備連續(xù)采集振動波形的采集能力，對加速度傳感器的采集具備在1～2 s內同時給出加速度、速度多種振動波形數(shù)據(jù)。

2.1.2 狀態(tài)監(jiān)測及故障分析診斷工作站

場站層中的②為場站分布式狀態(tài)監(jiān)測及故障分析診斷工作站，主要功能有：

(1)存儲裝置內多套數(shù)據(jù)采集器采集的原始數(shù)據(jù)，對采集的原始數(shù)據(jù)實時管理，自動形成實時數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫以及瞬態(tài)數(shù)據(jù)庫，并可存儲7年以上的歷史數(shù)據(jù)，是監(jiān)測系統(tǒng)一級數(shù)據(jù)存儲。

(2)不受企業(yè)局域網是否正常的影響，在場站現(xiàn)場可對所監(jiān)測狀態(tài)的實時數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)進行狀態(tài)監(jiān)測及故障的分析診斷。

(3)參見圖1中③，是與PLC/DCS通訊部分，基于MODBUS TCP/IP協(xié)議將從現(xiàn)場PLC/DCS獲取機組工藝信號。

2.1.3 服務器

企業(yè)層中的④為服務器。(成壓)服務器，用來接受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳送的全部機組振動原始數(shù)據(jù)，通過MDBase實時數(shù)據(jù)庫對改造的壓縮機組的運行數(shù)據(jù)進行自動存儲、管理。企業(yè)專業(yè)技術人員可在局域網絡的任意終端上使用客戶端使用分布式遠程狀態(tài)監(jiān)測及故障分析診斷系統(tǒng)，對分布在不同場站的機組進行狀態(tài)監(jiān)測、故障分析及診斷。

同時，服務器可將數(shù)據(jù)與服務器工業(yè)互聯(lián)網平臺實現(xiàn)無縫連接，或提供接口，將所監(jiān)測數(shù)據(jù)按要求傳輸至工業(yè)互聯(lián)網平臺。

2.2 測點配置

整體式天然氣壓縮機ZTY470壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)傳感器測點布置如圖2所示。

圖2 ZTY470傳感器測點布置示意圖

2.3 傳感器配置

整體式天然氣壓縮機在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器主要包括鍵相傳感器、動態(tài)壓力傳感器、振動傳感器、沉降傳感器四大類，具體測點位置和數(shù)量見表1。

表1 ZTY470傳感器測點配置表

3 現(xiàn)場改造流程

現(xiàn)場勘查場站布局如圖3所示，我們可以看出，4#、5# 2臺壓縮機組均在一個廠房之內，待改造的4#機組除去撬內傳感器安裝的工作量外，還需將接線箱和電源箱的供電電纜和數(shù)據(jù)網線接入值班室機柜間，中途必須經過站內鉆地埋線、站外明溝、場站公路、暗溝、鋪磚地面等環(huán)節(jié)。

3.1 接線箱、防爆箱、電源箱定位

為節(jié)約占地空間和避免后期操作影響，經現(xiàn)場比較，選定二級分離器附近的主撬為支架固定位置。經場站外制作箱體支架、配鉆箱體安裝孔后，在現(xiàn)場焊接支架地腳，使其固定在機組大底座型鋼上面，分別固定與之匹配的接線箱、防爆電源箱、數(shù)據(jù)采集箱。

3.2 安裝振動傳感器

針對動力缸頭(3處)、動力十字頭(3處)、機身(3處)、壓縮十字頭(2處)，共計11處位置，分別進行振動傳感器安裝位置打磨、振動傳感器底座粘接、振動傳感器安裝等工作。

3.3 安裝動態(tài)壓力傳感器

針對動力缸示功孔(3處)、10”壓縮缸示功孔(2處)、 7”壓縮缸示功孔(2處)，共計7處位置，因老舊機組的動態(tài)壓力接口接口不統(tǒng)一，需分別配做動力缸頭、壓縮缸轉換接頭后，再安裝動態(tài)壓力傳感器。

3.4 安裝鍵相、沉降傳感器

針對鍵相傳感器(1處)，在觸發(fā)線圈支架上配做鍵相傳感器支架后，再安裝鍵相傳感器專用護套；針對壓縮活塞桿沉降(2處)，配做沉降支架，并改造中體放空管線，為沉降傳感器引出線預留出口，盡量做到無損安裝。

3.5 撬內配管穿線

將各個傳感器均配管至接線箱支架處；

傳感器至穿線盒為金屬軟管，穿線鍍鋅管至接線箱為金屬編織撓性管；箱體內監(jiān)測點位接線、送電測試。

3.6 撬外配管穿線

該部分工作包括機房內鉆地線穿管、明溝鍍鋅管布管、穿線，管卡固定，場站道路穿管，暗溝PVC管布管穿線，管卡固定等工作。

3.7 站內調試與網絡測試

該部分工作包括撬上接線箱處打點測試、封蓋補漆、機柜間服務器網絡測試、點位測試、服務器就位安裝、PLC數(shù)據(jù)、振動數(shù)據(jù)傳輸測試等工作。至此，在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝調試內容全部結束。

4 客戶端界面與功能

整體式天然氣壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)，客戶端軟件包括了往復壓縮機專業(yè)的圖譜分析功能，如機組概貌圖、振動加速度、速度分析、示功圖、多選模式對比圖等功能。通過客戶端在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，軟件可以實現(xiàn)以下功能：

(1)平穩(wěn)振動故障分析

平穩(wěn)振動的分析方法配置有：時域波形、FFT、鍵相+時域波形、瀑布圖(圖4)、頻率特征曲線。

圖4 瀑布圖

(2)非平穩(wěn)振故障分析

對非平穩(wěn)振動的分析軟件的配置有小波分析(圖5)、短時傅里葉。

圖5 小波分析

(3)角度域故障分析

360°角度域內的波形顯示(振動、活塞桿沉降、動態(tài)壓力)、360°角度域內(振動)的二維包絡分析、鍵相+時域波形、360°角度域內(振動)的三維包絡分析(圖6)、真實動態(tài)壓力實時變化曲線、示功圖、單缸所有測點的FFT顯示、綜合顯示、單缸所有測點的時域波形顯示等。

圖6 360°角度域內的三維包絡分析

(4)單缸故障分析功能

在360°角度域內所有測點的時域波形、所有測點的FFT、可配參數(shù)的綜合顯示分析、真實動態(tài)壓力實時變化曲線、示功圖(圖7)等。

圖7 示功圖

綜上所述，通過對壓縮機的振動參數(shù)實時就地采集、完成了數(shù)據(jù)的兩級存儲，在線監(jiān)測系統(tǒng)將整體式壓縮機的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入企業(yè)監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫，形成整個公司級對關鍵機組的網絡化監(jiān)測管理平臺。通過提供基于監(jiān)測專業(yè)數(shù)據(jù)庫技術，可對用戶現(xiàn)場的所有關鍵機組振動數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測、自動存儲和管理，必將給用戶帶來全新的狀態(tài)監(jiān)測設計模式。

目前，ZTY470MH10x7在線監(jiān)測系統(tǒng)已經正式投入生產運行，各項功能運轉正常。

5 結語

隨著天然氣增壓、集輸?shù)牟粩喟l(fā)展，以及頁巖氣行業(yè)的迅速興起，新機組安裝、舊機組改造在線監(jiān)測系統(tǒng)的的數(shù)量也在不斷增長，而往復壓縮機在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)也將充分保障壓縮機組安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的運行。