范鴻彪 佟明勇

摘 要：往復(fù)式壓縮機(jī)在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)有廣泛應(yīng)用，尤其是在石油化工工業(yè)中有不可替代的作用。壓縮機(jī)的狀態(tài)監(jiān)測工作成為保證裝置正常連續(xù)生產(chǎn)的重要工作。根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)常見的故障形式進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測分析，通過對(duì)其信號(hào)利用和分析，對(duì)壓縮機(jī)的安全運(yùn)行和縮短故障診斷時(shí)間提供了更為便捷的途徑。

關(guān)鍵詞：往復(fù)式壓縮機(jī) 狀態(tài)監(jiān)測 應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TE964 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）009-023-03

1 前言

隨著中國石化行業(yè)的蓬勃發(fā)展，為提高國際競爭能力，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，石化生產(chǎn)規(guī)模正在大型化、集約化和一體化發(fā)展。設(shè)備的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，功能完善化以及自動(dòng)化程度越來越高已成為石化生產(chǎn)發(fā)展的趨勢。但是，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)所造成的后果及影響也明顯增大，不僅僅是巨額的經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)還會(huì)還會(huì)造成嚴(yán)重事故，產(chǎn)生不良的社會(huì)影響。而作為裝置的核心設(shè)備，壓縮機(jī)是當(dāng)中不可缺少的一員。大型高壓往復(fù)式壓縮機(jī)在石油化工工藝流程中得到了廣泛應(yīng)用，并居于主導(dǎo)地位。往復(fù)式壓縮機(jī)工作運(yùn)行的好壞直接影響著企業(yè)的生產(chǎn)任務(wù)與經(jīng)濟(jì)效益，所以，因此保證壓縮機(jī)的良好運(yùn)行是企業(yè)設(shè)備日常維護(hù)的重要工作。往復(fù)壓縮機(jī)經(jīng)常處在高溫、高壓、易燃、易爆、有腐蝕性等惡劣的工作環(huán)境下，如果發(fā)生事故，后果往往非常嚴(yán)重。目前大多數(shù)石化企業(yè)的往復(fù)式壓縮機(jī)的維護(hù)與修理仍處于依靠人使用簡單儀器，主觀的判斷往復(fù)式壓縮機(jī)工作狀態(tài)的好壞，這樣既不能準(zhǔn)確的判斷壓縮機(jī)的設(shè)備運(yùn)行情況，同時(shí)也降低了故障的預(yù)測和判斷率?，F(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)對(duì)設(shè)備的可靠性和安全性提出了更高的要求。對(duì)早期發(fā)現(xiàn)潛在故障并預(yù)報(bào)故障是日后工業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。所以，及時(shí)準(zhǔn)確的管理好、使用好、修理好設(shè)備，從而保證企業(yè)連續(xù)生產(chǎn)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。因此，狀態(tài)檢測應(yīng)允而生。

狀態(tài)監(jiān)測也稱為簡易診斷，一般是通過測定設(shè)備的某些較為單一的特征參數(shù)（如振動(dòng)、溫度、壓力等）來檢查設(shè)備狀態(tài)，并根據(jù)特征參數(shù)值與極限值之間的關(guān)系來決定設(shè)備的狀態(tài)。

如果對(duì)設(shè)備進(jìn)行定期或連續(xù)的狀態(tài)監(jiān)測，便可獲得有關(guān)設(shè)備狀態(tài)變化的趨勢規(guī)律，據(jù)此可預(yù)測和預(yù)報(bào)設(shè)備的將來狀態(tài)。并且，根據(jù)故障診斷的結(jié)果，提出控制故障繼續(xù)發(fā)展和消除故障的對(duì)策或措施（調(diào)整、維修、治理）；對(duì)設(shè)備管理和維修提供依據(jù)。

由于往復(fù)式壓縮機(jī)工作環(huán)境惡劣，運(yùn)動(dòng)件多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、振源多、信號(hào)存在較強(qiáng)的非線性和非平穩(wěn)性，使得信號(hào)采集、狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷難度很大。同時(shí)往復(fù)式壓縮機(jī)的外型及重量較大，氣流易脈動(dòng)，易損件多，增加了檢修工作的難度，鑒于以上特點(diǎn)，往復(fù)式壓縮機(jī)在使用過程中正確的檢修及保養(yǎng)顯得尤為重要。對(duì)于往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的研究，其意義大體上可分為以下幾個(gè)方面：

（1）預(yù)防重大故障發(fā)生。往復(fù)式壓縮機(jī)作為石油化工行業(yè)的核心設(shè)備，一旦發(fā)生故障不但會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，而且會(huì)帶來嚴(yán)重的社會(huì)公害和人員傷亡。為了避免這些事故的發(fā)生，僅靠提高其設(shè)計(jì)的使用安全性是不夠的，還必須輔以有效的狀態(tài)檢測與故障診斷手段。通過對(duì)已知的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)、環(huán)境條件及運(yùn)行歷史數(shù)據(jù)，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)報(bào)和分析、判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因、部位，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及其后果，這樣可以有效地延長機(jī)械的使用壽命，增進(jìn)機(jī)組運(yùn)行的可靠性從而保證了人員的生命安全及設(shè)備的安全運(yùn)行。

（2）提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。預(yù)知維修技術(shù)和故障診斷技術(shù)就是更及時(shí)準(zhǔn)確地發(fā)現(xiàn)故障，延長機(jī)械零部件的使用壽命，提高維修的精度和速度。減少因生產(chǎn)設(shè)備停機(jī)導(dǎo)致的裝置停工從而造成巨額的經(jīng)濟(jì)損失，降低設(shè)備壽命周期費(fèi)用，提高連續(xù)生產(chǎn)能力，降低維修費(fèi)用，獲得最佳經(jīng)濟(jì)效益。

（3）對(duì)維修方式的改變起到推動(dòng)作用。由最初的模擬式監(jiān)測儀表發(fā)展到現(xiàn)在的基于計(jì)算機(jī)的實(shí)時(shí)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)和基于微機(jī)的便攜式監(jiān)測分析儀。這類系統(tǒng)具有較強(qiáng)的信號(hào)分析與數(shù)據(jù)管理功能，能全面記錄反映機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)變化的各種信息。由生產(chǎn)維修階段向狀態(tài)維修階段的可靠性維修演變。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)設(shè)備故障的特點(diǎn)

往復(fù)式壓縮機(jī)具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)部件多的特點(diǎn)。并且具有典型的非平穩(wěn)特性，并且各診斷對(duì)象間的故障特征信息存在相互干擾，彼此影響。由于往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件多，所以各個(gè)部件之間存在較強(qiáng)的相互干擾。并且，在運(yùn)行中，其各個(gè)零部件由于疲勞、磨損、老化等原因等都會(huì)引起整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)上的變化與各子系統(tǒng)因果關(guān)系的變化。各個(gè)檢測信號(hào)在不同傳播路徑上的畸變、衰減，使信號(hào)在傳播過程中受到扭曲，可能使得原始故障變成多個(gè)子系統(tǒng)故障。這樣，就給往復(fù)式壓縮機(jī)的故障診斷工作增加了很大的難度。

往復(fù)式壓縮機(jī)事故一般分成機(jī)械故障和安全事故。由于運(yùn)動(dòng)件較多，事故中大多數(shù)還是機(jī)械故障，如燃燒、爆炸等。常見的的機(jī)械故障有電機(jī)故障、機(jī)身斷裂和燒瓦、曲軸變形和斷裂、十字頭磨損、汽缸開裂、活塞桿變形和斷裂、連桿螺栓斷裂等。據(jù)統(tǒng)計(jì)，往復(fù)式壓縮機(jī)有60%以上的故障發(fā)生在氣閥上，活塞桿裂紋、斷裂事故占重大事故的25%左右。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣閥故障與活塞桿的故障對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷是相當(dāng)重要的，其它事故及故障的發(fā)生，同樣影響著生產(chǎn)的正常運(yùn)行和安全。因此對(duì)這些重點(diǎn)部位的檢測顯得尤為重要。

3 往復(fù)式壓縮機(jī)的常用診斷方法

目前，常用的設(shè)備監(jiān)測方法有參數(shù)監(jiān)測、振動(dòng)信號(hào)分析、溫度監(jiān)測、介質(zhì)金屬法、示功法等。而根據(jù)往復(fù)式壓縮機(jī)的特點(diǎn)，往復(fù)式壓縮機(jī)的在線監(jiān)測主要采用下列方法：氣閥溫度監(jiān)測、活塞桿沉降監(jiān)測、曲軸箱振動(dòng)監(jiān)測、殼體振動(dòng)/沖擊監(jiān)測、示功圖監(jiān)測、活塞桿載荷監(jiān)測、多參數(shù)分析法。

根據(jù)以上功能分析，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際安裝經(jīng)驗(yàn)，監(jiān)測點(diǎn)布置如圖1所示。

4 典型案例分析

某年某月，某石化公司的一臺(tái)往復(fù)壓縮機(jī)組在試運(yùn)行過程中發(fā)現(xiàn)故障，由于本臺(tái)機(jī)組安裝了振動(dòng)監(jiān)測設(shè)備。并且現(xiàn)場測得壓縮機(jī)的入口管線振動(dòng)較大，測得最大值為20mm/s。

4.1 往復(fù)式壓縮機(jī)的參數(shù)和測點(diǎn)布置

（1）設(shè)備參數(shù)。

型號(hào)：TK460-16/1730

功率：460KW

轉(zhuǎn)速：375RPM

（2）測點(diǎn)布置。

測點(diǎn)布置見圖1。

4.2 監(jiān)測情況

監(jiān)測儀器：加速度傳感器、dataPAC 1500數(shù)據(jù)采集器。

4.2.1 測點(diǎn)振動(dòng)值

各測點(diǎn)振動(dòng)值如表1。

振動(dòng)最大的方向都是電機(jī)的軸向方向。

4.2.2 頻譜圖比較

從圖2-圖4綜合分析可以看出，管線為共振。壓縮機(jī)試車過程中軸承振幅符合要求，振幅穩(wěn)定在一定的范圍內(nèi)，從管線振動(dòng)頻譜圖上看，有三個(gè)較高頻率峰值：12.5Hz、37.5Hz、87.5Hz，分別是2 倍頻、6倍頻和14 倍頻。因?yàn)槭请p作用壓縮機(jī)，12.5Hz 是氣流的脈動(dòng)頻率。聯(lián)軸器為剛性結(jié)構(gòu)形式，并且共振是一個(gè)頻率峰值很高，這個(gè)頻率幅值被放大，其它頻率幅值較低。這種情況也可能是剛度低，振動(dòng)被放大所致。

通過對(duì)頻譜圖分析，先對(duì)管線進(jìn)行一下加固，增加管線的剛度，再進(jìn)行壓縮機(jī)的試車，發(fā)現(xiàn)，振幅已經(jīng)降低；并且用力錘敲擊管線，做頻響函數(shù)分析，測出管線固有頻率。

所以，壓縮機(jī)的在線監(jiān)測系統(tǒng)對(duì)壓縮機(jī)試車包括運(yùn)行中的故障診斷都可以起到很大的輔助作用。在了解壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)原理的基礎(chǔ)上，通過對(duì)壓縮機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的信號(hào)利用和信號(hào)分析，及時(shí)準(zhǔn)確并有效的對(duì)設(shè)備的各種異?；蚬收蠣顟B(tài)作出診斷，做出有效的預(yù)防或故障消除；同時(shí)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行維護(hù)進(jìn)行必要的指導(dǎo)，從而確保了壓縮機(jī)可靠、安全和有效的運(yùn)行。根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所得信息，結(jié)合已知的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)、環(huán)境條件及運(yùn)行歷史，對(duì)故障進(jìn)行預(yù)報(bào)和分析、判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、程度、原因和部位，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及其后果，對(duì)壓縮機(jī)的安全運(yùn)行和縮短故障診斷時(shí)間提供了更為便捷的途徑。