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      往復式壓縮機組監測診斷技術的應用
      北京西馬力檢測儀器有限公司
       
      孫正龍   曹永輝
      摘要:往復式設備的故障診斷和回轉式設備的故障診斷存在較大差異。無論從使用技術,還是測試方法上都存在質的區別。本文著重針對氣體往復式壓縮機的診斷技術進行介紹。往復式設備的診斷技術在歐美發達國家開展已有40多年的歷史,有大量成功的案例和使用經驗。
      關鍵詞:往復式設備 故障診斷 泄露   活塞桿沉降 活塞桿載荷
      1、引言
      北京西馬力檢測儀器有限公司是一家從事設備狀態監測和故障診斷的專業公司,自1996年至今,一直致力于將國外先進的診斷技術引入到國內,確保中國的診斷技術和歐美發達國家同步。尤其是往復式設備的故障診斷一直以來被業內稱為世界性難題,西馬力公司通過引進美國WINDROCK公司的往復式設備診斷技術,取得了非常好的效果。
      美國Windrock公司是專業從事往復式設備的狀態檢測和故障診斷專業公司,已有40多年往復式設備故障診斷經驗,其產品廣泛應用在石油、石化、船舶、鐵路、壓縮機制造等行業。在往復式壓縮機狀態監測方面,既有離線式的6320系列往復式壓縮機故障診斷便攜式儀器,又有在線式哨兵往復式設備狀態檢測系統。
      往復式壓縮機大都屬于核心設備,其運轉狀況直接關系到整個生產流程運轉狀況。如果運行中的壓縮機出現非計劃性停車,將導致一系列問題:人身安全、設備安全、影響工藝流程、造成巨大的生產損失、增加額外的維修費用、影響人員、環境安全等,因此非常有必要做好往復式設備的狀態監測和故障診斷工作。
      統計研究表明80%的非計劃性停車是由于氣閥、活塞/活塞桿、填料、活塞環/支承環故障引起的。提前發現并診斷以上故障,防患于未然,減少意外停機和災難性事故,保證設備長周期、安全穩定運行是往復式設備狀態監測和故障診斷的目標。
      2、國內往復式壓縮機狀態監測現狀
      經過多年發展,國內企業對旋轉設備的狀態監測無論從技術和意識上都有了革命性的發展,因為回轉式設備的狀態檢測工作為企業創造了巨大的經濟效益。但是在往復式設備狀態監測方面,由于技術限制,沒有可靠的監測辦法,到70年代以后,隨著歐美等發達國家往復式設備狀態監測技術發展,往復式設備的狀態監測技術已日漸成熟,中國國內一些企業開始了往復式設備的狀態監測工作。中石油吐哈油田在上世紀90年代中期開始對所屬500多臺往復式壓縮機進行狀態監測,經過十多年的工作,累計建立測點18萬多個,實現精密診斷3600多次,分析診斷出故障隱患200多臺次。并由于狀態監測工作的跟進,減少了設備故障搶修和事故直接損失上千萬元,間接損失更是無法估量。通過定期監測和分析,及時調整設備運行參數,還極大的提高了設備運行狀況,尤其是在調整天然氣發動機性能方面效果非常顯著,使機組平均運行效率保持在90%以上。
      3、往復式壓縮機狀態監測的技術難點
      對往復式壓縮機進行狀態監測,單單使用傳統的振動監測根本無法解決問題,這點已經得到業內普遍驗證。多年經驗告訴我們,要想對往復式設備進行精密診斷,必須結合壓力、溫度、超聲、振動等多種測試技術,才可以準確診斷出設備的故障根源和故障部位。
      4、往復式設備診斷技術的應用
             壓力、超聲、振動監測技術的應用,可以解決往復式設備的大部分問題。下面分別介紹 一下各種技術的監測范圍。
      4.1 振動
      相頻振動檢測方法是在往復設備診斷中行之有效的檢測方法。此方法和我們常規振動檢測方法有天壤之別。我們常規振動檢測方法是通過時域波形或頻譜來分析設備故障,不論時域波形還是頻譜,由于壓縮機的工作特點,其信號中存在大量的沖擊信號,各種頻率成分的信號都存在,根本無法根據頻率信息分析出故障。
           以時域信號為例,常規時域信號其橫坐標為時間單位,縱坐標為振動加速度;相頻振動橫坐標為相位(曲軸轉動的角度),縱坐標為振動加速度。
            相頻振動的優點是曲軸所轉動的角度和閥門開啟關閉狀態、十字頭位置、缸內壓力狀態一一對應。一旦曲軸所轉動的角度和閥門開啟關閉狀態、十字頭位置、缸內壓力狀態對應關系發生變化,說明該部件一定出了問題。而不是單純看幅值和頻譜結構來判斷。
      4.2 超聲
      超聲信號由于頻率高,傳遞性較差,在往復設備診斷中占據重要位置,如發動機監測時防止各缸信號竄擾,比振動信號具有更好的強度。
      在往復式設備診斷過程中,以超聲時域信號為例,常規超聲時域信號其橫坐標為時間單位,縱坐標為超聲能量分貝單位;相頻振動橫坐標為相位(曲軸轉動的
      角度),縱坐標為超聲能量分貝單位。
             同樣相頻超聲的優點是曲軸所轉動的角度和閥門開啟關閉狀態、十字頭位置、缸內壓力狀態一一對應。一旦曲軸所轉動的角度和閥門開啟關閉狀態、十字頭位置、缸內壓力狀態對應關系發生變化,說明該部件一定出了問題。而不是單純看超聲的幅值和頻譜結構來判斷。
      4.3壓力
      壓力信號是往復式壓縮機診斷中最為重要的一個參數,通過缸內壓力的檢測,可以及時發現壓縮機的狀況。通過缸內壓力的變化和曲軸角度的對應關系,可準確診斷閥門泄漏、活塞環泄漏、十字頭磨損、活塞銷磨損、活塞桿受力狀況等。
            測試缸內壓力,可以計算出完成壓縮機氣體壓縮循環所需要的功率,該功率用于判斷壓縮機是否處于過載狀態,同時也與理論等熵功率一并用于計算等熵率。
      除非壓縮機負載和氣體組分發生變化,通常情況下壓縮機的等熵效率不會隨著時間發生較大變化,出現任何較大偏差應及時進行調查。
            流量平衡為進入和排出氣的質量之比,通常作為判斷壓縮機異常問題的首要征兆。結合對其他參數的詳細分析可以使壓縮機故障分析更為效率。
            測試缸內壓力,可以準確得出活塞桿的受力狀況。往復式壓縮機的活塞桿受缸內氣體壓力和慣性力共同作用之下?;钊麠U的負載會因為進排氣壓力、壓縮機卸
      載、氣閥泄漏和其他原因而受到影響。壓縮機活塞桿超載非常危險,必須嚴格防止和避免。因為活塞桿一旦由于負載過大產生裂紋或直接斷裂,則很有可能出現極其嚴重的災難性事故,危及人員安全,導致設備壞損,癱瘓,影響生產,甚至出現更大事故。
            活塞桿在活塞沖程中,由受壓到受拉伸時其負載變化很大,反之依然。要保證十字頭銷的充分潤滑,API標準618[6]建議,“活塞桿從受拉改變為受壓狀態曲
      軸轉動的角度不應小于15度曲軸角度,該角度定義為反向角” 。
      5、往復式設備故障診斷儀器和系統
           目前西馬力公司可以提供的監測手段有兩種:一種是便攜式檢測儀器6320系列,一種是在線監測系統。兩種檢測手段都能很好完成往復式設備狀態監測工作。
           從經濟性角度考慮,建議優先采用離線巡檢方式。對于非常關鍵的核心壓縮機建議采用在線監測方式。

       

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