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往复式压缩机组监测诊断技术的应用
北京西马力检测仪器有限公司
 
孙正龙   曹永辉
摘要:往复式设备的故障诊断和回转式设备的故障诊断存在较大差异鸭脖官方网站 。无论从使用技术鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,还是测试方法上都存在质的区别鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。本文着重针对气体往复式压缩机的诊断技术进行介绍鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。往复式设备的诊断技术在欧美发达国家开展已有40多年的历史鸭脖官方网站 ,有大量成功的案例和使用经验鸭脖官方网站 。
关键词:往复式设备 故障诊断 泄露   活塞杆沉降 活塞杆载荷
1、引言
北京西马力检测仪器有限公司是一家从事设备状态监测和故障诊断的专业公司鸭脖官方网站 ,自1996年至今鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,一直致力于将国外先进的诊断技术引入到国内鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,确保中国的诊断技术和欧美发达国家同步鸭脖官方网站 。尤其是往复式设备的故障诊断一直以来被业内称为世界性难题,西马力公司通过引进美国WINDROCK公司的往复式设备诊断技术,取得了非常好的效果鸭脖官方网站 。
美国Windrock公司是专业从事往复式设备的状态检测和故障诊断专业公司鸭脖官方网站 ,已有40多年往复式设备故障诊断经验鸭脖官方网站 ,其产品广泛应用在石油鸭脖官方网站 、石化、船舶鸭脖官方网站 、铁路鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、压缩机制造等行业鸭脖官方网站 。在往复式压缩机状态监测方面鸭脖官方网站 ,既有离线式的6320系列往复式压缩机故障诊断便携式仪器,又有在线式哨兵往复式设备状态检测系统鸭脖官方网站 。
往复式压缩机大都属于核心设备鸭脖官方网站 ,其运转状况直接关系到整个生产流程运转状况鸭脖官方网站 。如果运行中的压缩机出现非计划性停车鸭脖官方网站 ,将导致一系列问题:人身安全、设备安全、影响工艺流程鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、造成巨大的生产损失鸭脖官方网站 、增加额外的维修费用鸭脖官方网站 、影响人员、环境安全等鸭脖官方网站 ,因此非常有必要做好往复式设备的状态监测和故障诊断工作鸭脖官方网站 。
统计研究表明80%的非计划性停车是由于气阀鸭脖官方网站 、活塞/活塞杆鸭脖官方网站 、填料鸭脖官方网站 、活塞环/支承环故障引起的。提前发现并诊断以上故障,防患于未然鸭脖官方网站 ,减少意外?;驮帜研允鹿?,保证设备长周期鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、安全稳定运行是往复式设备状态监测和故障诊断的目标鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。
2鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、国内往复式压缩机状态监测现状
经过多年发展鸭脖官方网站 ,国内企业对旋转设备的状态监测无论从技术和意识上都有了革命性的发展鸭脖官方网站 ,因为回转式设备的状态检测工作为企业创造了巨大的经济效益鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。但是在往复式设备状态监测方面鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,由于技术限制鸭脖官方网站 ,没有可靠的监测办法,到70年代以后,随着欧美等发达国家往复式设备状态监测技术发展,往复式设备的状态监测技术已日渐成熟,中国国内一些企业开始了往复式设备的状态监测工作鸭脖官方网站 。中石油吐哈油田在上世纪90年代中期开始对所属500多台往复式压缩机进行状态监测鸭脖官方网站 ,经过十多年的工作鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,累计建立测点18万多个鸭脖官方网站 ,实现精密诊断3600多次鸭脖官方网站 ,分析诊断出故障隐患200多台次鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。并由于状态监测工作的跟进,减少了设备故障抢修和事故直接损失上千万元鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,间接损失更是无法估量。通过定期监测和分析鸭脖官方网站 ,及时调整设备运行参数鸭脖官方网站 ,还极大的提高了设备运行状况,尤其是在调整天然气发动机性能方面效果非常显著鸭脖官方网站 ,使机组平均运行效率保持在90%以上鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。
3鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、往复式压缩机状态监测的技术难点
对往复式压缩机进行状态监测,单单使用传统的振动监测根本无法解决问题鸭脖官方网站 ,这点已经得到业内普遍验证鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。多年经验告诉我们鸭脖官方网站 ,要想对往复式设备进行精密诊断,必须结合压力鸭脖官方网站 、温度鸭脖官方网站 、超声鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、振动等多种测试技术,才可以准确诊断出设备的故障根源和故障部位。
4、往复式设备诊断技术的应用
       压力、超声鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、振动监测技术的应用鸭脖官方网站 ,可以解决往复式设备的大部分问题鸭脖官方网站 。下面分别介绍 一下各种技术的监测范围鸭脖官方网站 。
4.1 振动
相频振动检测方法是在往复设备诊断中行之有效的检测方法鸭脖官方网站 。此方法和我们常规振动检测方法有天壤之别鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。我们常规振动检测方法是通过时域波形或频谱来分析设备故障鸭脖官方网站 ,不论时域波形还是频谱鸭脖官方网站 ,由于压缩机的工作特点鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,其信号中存在大量的冲击信号鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,各种频率成分的信号都存在鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,根本无法根据频率信息分析出故障鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。
     以时域信号为例,常规时域信号其横坐标为时间单位鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,纵坐标为振动加速度鸭脖官方网站 ;相频振动横坐标为相位(曲轴转动的角度)鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,纵坐标为振动加速度鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。
      相频振动的优点是曲轴所转动的角度和阀门开启关闭状态、十字头位置、缸内压力状态一一对应。一旦曲轴所转动的角度和阀门开启关闭状态鸭脖官方网站 、十字头位置鸭脖官方网站 、缸内压力状态对应关系发生变化,说明该部件一定出了问题鸭脖官方网站 。而不是单纯看幅值和频谱结构来判断。
4.2 超声
超声信号由于频率高鸭脖官方网站 ,传递性较差鸭脖官方网站 ,在往复设备诊断中占据重要位置鸭脖官方网站 ,如发动机监测时防止各缸信号窜扰鸭脖官方网站 ,比振动信号具有更好的强度鸭脖官方网站 。
在往复式设备诊断过程中鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,以超声时域信号为例,常规超声时域信号其横坐标为时间单位鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,纵坐标为超声能量分贝单位;相频振动横坐标为相位(曲轴转动的
角度)鸭脖官方网站 ,纵坐标为超声能量分贝单位鸭脖官方网站 。
       同样相频超声的优点是曲轴所转动的角度和阀门开启关闭状态鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、十字头位置、缸内压力状态一一对应鸭脖官方网站 。一旦曲轴所转动的角度和阀门开启关闭状态鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、十字头位置鸭脖官方网站 、缸内压力状态对应关系发生变化,说明该部件一定出了问题鸭脖官方网站 。而不是单纯看超声的幅值和频谱结构来判断。
4.3压力
压力信号是往复式压缩机诊断中最为重要的一个参数,通过缸内压力的检测鸭脖官方网站 ,可以及时发现压缩机的状况鸭脖官方网站 。通过缸内压力的变化和曲轴角度的对应关系鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,可准确诊断阀门泄漏鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、活塞环泄漏鸭脖官方网站 、十字头磨损、活塞销磨损鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 、活塞杆受力状况等鸭脖官方网站 。
      测试缸内压力,可以计算出完成压缩机气体压缩循环所需要的功率鸭脖官方网站 ,该功率用于判断压缩机是否处于过载状态鸭脖官方网站 ,同时也与理论等熵功率一并用于计算等熵率鸭脖官方网站 。
除非压缩机负载和气体组分发生变化鸭脖官方网站 ,通常情况下压缩机的等熵效率不会随着时间发生较大变化鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,出现任何较大偏差应及时进行调查。
      流量平衡为进入和排出气的质量之比鸭脖官方网站 ,通常作为判断压缩机异常问题的首要征兆鸭脖官方网站 。结合对其他参数的详细分析可以使压缩机故障分析更为效率鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。
      测试缸内压力鸭脖官方网站 ,可以准确得出活塞杆的受力状况鸭脖官方网站 。往复式压缩机的活塞杆受缸内气体压力和惯性力共同作用之下鸭脖官方网站 ?鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ;钊说母涸鼗嵋蛭牌沽?、压缩机卸
载、气阀泄漏和其他原因而受到影响鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。压缩机活塞杆超载非常危险鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,必须严格防止和避免。因为活塞杆一旦由于负载过大产生裂纹或直接断裂,则很有可能出现极其严重的灾难性事故鸭脖官方网站 ,危及人员安全,导致设备坏损鸭脖官方网站 ,瘫痪鸭脖官方网站 ,影响生产,甚至出现更大事故鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。
      活塞杆在活塞冲程中,由受压到受拉伸时其负载变化很大鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,反之依然鸭脖官方网站 。要保证十字头销的充分润滑,API标准618[6]建议,“活塞杆从受拉改变为受压状态曲
轴转动的角度不应小于15度曲轴角度鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,该角度定义为反向角” 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 。
5、往复式设备故障诊断仪器和系统
     目前西马力公司可以提供的监测手段有两种:一种是便携式检测仪器6320系列,一种是在线监测系统鸭脖官方网站 。两种检测手段都能很好完成往复式设备状态监测工作鸭脖官方网站 。
     从经济性角度考虑鸭脖官方网站 鸭脖官方网站 ,建议优先采用离线巡检方式鸭脖官方网站 。对于非常关键的核心压缩机建议采用在线监测方式。

 

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