牛賈睿 張書京 馮志杰

摘 要：大型壓縮機(jī)的穩(wěn)定安全運(yùn)行，關(guān)系到整套裝置的安全生產(chǎn)，因此對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)視顯得尤為重要，本文主要研究了壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)原理以及bently3500在氯堿行業(yè)中壓縮機(jī)上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：壓縮機(jī) 氯堿 狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

中圖分類號(hào)：TP216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）04（a）-0068-02

大型壓縮機(jī)組轉(zhuǎn)速高、流量大、功率大，主要應(yīng)用在天然氣、石油化工、基本化工三大危險(xiǎn)行業(yè)，一旦因故障或事故停車，就會(huì)影響整個(gè)裝置的正常生產(chǎn)，給工廠成重大經(jīng)濟(jì)損失甚至人員傷亡，石化行業(yè)大型壓縮機(jī)組安全運(yùn)行研究是非常必要的。壓縮機(jī)組故障主要集中在壓縮機(jī)喘振或旋轉(zhuǎn)失速、轉(zhuǎn)子軸位移大、轉(zhuǎn)子振動(dòng)大等幾個(gè)方面。本文主要研究離心壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)原理以及在氯乙烯裝置中的應(yīng)用。

1 壓縮機(jī)在氯乙烯裝置中的應(yīng)用

乙烯法生產(chǎn)氯乙烯裝置以烯烴廠來(lái)的乙烯、燒堿裝置來(lái)的氯氣和供排水廠或二化來(lái)的氧氣為原料，由乙烯直接氯化、氧氯化生成二氯乙烷，兩種方法生成的二氯乙烷精制后裂解生成氯乙烯單體和氯化氫，再經(jīng)過(guò)精制和分離制得合格的氯乙烯單體和氯化氫。氯化氫作為氧氯化反應(yīng)的原料，在整個(gè)生產(chǎn)過(guò)程中始終保持平衡，不需要補(bǔ)充和處理。氯乙烯單體送往聚氯乙烯裝置作為生產(chǎn)原料[1]。

從工藝深冷器、蒸發(fā)器（HX103）和過(guò)冷器（HX102）來(lái)的低溫低壓氣體分別通過(guò)一段、二段入口進(jìn)入壓縮機(jī)，壓縮成高溫高壓氣體，然后經(jīng)過(guò)冷凝器（HX101）冷凝，冷凝后的高溫高壓液體進(jìn)入丙烯儲(chǔ)罐（PV101）儲(chǔ)存，然后根據(jù)工藝單元的不同需要，分兩路進(jìn)入冷凍系統(tǒng)用戶。液體丙烯一路通過(guò)過(guò)冷器（HX102）、減壓后進(jìn)入150E001、140E012蒸發(fā)并使其殼程物料冷凝液化，換熱后低溫低壓丙烯氣體進(jìn)入入口分離器（PV102）、進(jìn)入壓縮機(jī)一段入口；另一路經(jīng)過(guò)減壓后進(jìn)入蒸發(fā)器（HX103）冷卻純度為40%乙烯基乙二醇水溶液（冷凍鹽水），然后變成低溫低壓氣體進(jìn)入壓縮機(jī)二段入口，循環(huán)壓縮。冷凍鹽水通過(guò)循環(huán)泵送到工藝裝置各用戶對(duì)其它物料進(jìn)行冷卻。工藝流程。

2 壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的指標(biāo)

我廠采用的大型丙烯壓縮機(jī)的功率可達(dá)到3357 kW，轉(zhuǎn)速3500 rpm，如此大型設(shè)備需要對(duì)其主要參數(shù)軸的徑向振動(dòng)、軸向位移、機(jī)器轉(zhuǎn)速、鍵相、軸承溫度等實(shí)施在線監(jiān)測(cè)，保證其安全運(yùn)行。

振動(dòng)測(cè)量的主要對(duì)象是一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)部件，即轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)軸，以及轉(zhuǎn)動(dòng)體與靜止體之間的相互關(guān)系，主要有振幅、振動(dòng)頻率、相角等參數(shù)的直接測(cè)量顯示，還有可以從示波器上顯示振動(dòng)形式、振型等參數(shù)。

振幅是壓縮機(jī)整體振動(dòng)強(qiáng)度的標(biāo)志，用來(lái)監(jiān)測(cè)機(jī)器運(yùn)行的平穩(wěn)程度。盡管對(duì)機(jī)殼的測(cè)量能夠表明機(jī)器故障的存在，但要對(duì)及其進(jìn)行全面保護(hù)，還需對(duì)軸的振動(dòng)進(jìn)行直接測(cè)量。目前采用的非接觸式電渦流探頭直接測(cè)量軸相對(duì)于軸承的振動(dòng)振幅。

振動(dòng)頻率是進(jìn)行機(jī)殼測(cè)量的主要參數(shù)之一，因?yàn)橛行C(jī)器故障通常在某些特定的頻率下發(fā)生，這樣就有助于對(duì)故障類型進(jìn)行分類。轉(zhuǎn)子的振動(dòng)大體可分三類：第一類屬于強(qiáng)迫振動(dòng)問(wèn)題，是外來(lái)確定的擾動(dòng)力引起的，而振動(dòng)本身并不反過(guò)來(lái)影響擾動(dòng)力，強(qiáng)迫振動(dòng)的頻率總是等于擾動(dòng)頻率；第二類屬于自激振動(dòng)問(wèn)題，是由于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)中存在某一機(jī)械能量的反饋環(huán)節(jié)；第三類屬于非定常強(qiáng)迫振動(dòng)，即強(qiáng)迫振動(dòng)的幅值與相位是在變化的，不是定值。

相角測(cè)量可以用來(lái)描述某一特定時(shí)刻機(jī)器轉(zhuǎn)子的位置。通過(guò)確定機(jī)器轉(zhuǎn)子“高點(diǎn)”的位置，就能確定機(jī)器的平衡狀態(tài)，使用非接觸式電渦流探頭或一個(gè)光電探測(cè)器，就能得到一個(gè)鍵相器準(zhǔn)確測(cè)量相角。

振動(dòng)形式是顯示在示波器上的原始振動(dòng)波形，分為時(shí)基形式和軸心軌跡形式，維修工程師通過(guò)觀測(cè)時(shí)基振動(dòng)形式，能夠確定基本的振幅、頻率和相角；通過(guò)觀測(cè)軸心軌跡，能夠了解軸的實(shí)際運(yùn)動(dòng)情況。

振型是轉(zhuǎn)軸在一定轉(zhuǎn)速下沿軸向的一種變形。測(cè)量振型的方法是沿著轉(zhuǎn)軸的軸向每隔一定間距放置一組XY傳感器，分別測(cè)得相應(yīng)轉(zhuǎn)軸截面的中心線振動(dòng)情況。

3 防喘振控制

喘振是離心式壓縮機(jī)固有的特性，是壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中當(dāng)負(fù)荷降低到一定程度時(shí)，出口氣體排出量會(huì)出現(xiàn)強(qiáng)烈的振蕩。離心式壓縮機(jī)的壓縮比（壓縮機(jī)出口壓力P2與壓縮機(jī)出口壓力P1之比P2/P1）與入口進(jìn)氣氣體流量Q之間的關(guān)系曲線如圖2。在不同轉(zhuǎn)速下，各駝峰點(diǎn)連線的軌跡近似于一條拋物線。為安全起見，在這條線的右側(cè)考慮有一定余地再作一條拋物線，稱之為安全線，該拋物線方程可用下式表示為：P2/P1=a+b+Q21/T1，式中Q1為入口流量，T1為入口溫度，a、b為廠家提供壓縮機(jī)系數(shù)。

常用的防喘振控制方案主要有兩種：一是固定極限流量控制；一種是可變極限流量防喘振控制。

3.1 固定極限流量防喘振控制方案

測(cè)量值大于QB，則旁路調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉；如果測(cè)量值小于QB，則旁路調(diào)節(jié)閥打開，使一部分氣體循環(huán)，直到壓縮機(jī)出口流量達(dá)到QB為止。

3.2 可變極限流量防喘振控制方案

為了減少壓縮機(jī)的能耗，在壓縮機(jī)負(fù)荷經(jīng)常有波動(dòng)的場(chǎng)合，在不同的轉(zhuǎn)速下，其喘振極限流量QB是個(gè)變數(shù)，它隨轉(zhuǎn)速下降而減小。此方案是按式P1d=m（P2-aP1）構(gòu)成，即用差壓流量計(jì)測(cè)量入口氣體流量時(shí)喘振安全操作表達(dá)式，防喘振控制器的測(cè)量值是P1d，設(shè)定值是m（P2-aP1）。如圖4所示，當(dāng)測(cè)量流量大于設(shè)定值時(shí)，旁路控制閥始終關(guān)閉，當(dāng)測(cè)量值小于設(shè)定值時(shí)，控制器開啟到一定位置，因此能防止喘振出現(xiàn)，確保壓縮機(jī)安全運(yùn)行。

4 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)

Bently公司使用的傳感器是電渦流趨近式傳感器，它將機(jī)械振動(dòng)或位移轉(zhuǎn)換成正比于振動(dòng)位移的電信號(hào)。系統(tǒng)由探頭、前置放大器和監(jiān)視器構(gòu)成，所有參數(shù)設(shè)置和調(diào)整都通過(guò)軟件來(lái)組態(tài)，并通過(guò)軟件來(lái)組態(tài)，并通過(guò)PC機(jī)下裝到監(jiān)視器框架中，通過(guò)Modbus485發(fā)送到DCS的通訊卡進(jìn)行顯示操作。

4.1 硬件組成

3500狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)采用積木式模塊化搭建，框架包括3500-15電源模塊、20框架接口模塊、25鍵相器模塊、40位移模塊、42電渦流位移/速度/加速度傳感器監(jiān)視器模塊、45差脹監(jiān)視器模塊、50轉(zhuǎn)速模塊、53超速保護(hù)模塊、92通訊模塊、32/33繼電器模塊等。通過(guò)這樣的模塊化搭建，可以完成檢測(cè)徑向振動(dòng)、軸向位移、偏心和差脹、超速保護(hù)、模塊輸出信號(hào)間的邏輯運(yùn)算以及與上位機(jī)通訊等功能[2]。

4.2 探頭的安裝

理想狀態(tài)時(shí)，壓縮機(jī)的軸在中間，這時(shí)輸入探頭安裝時(shí)的電壓即可，但實(shí)際往往很難實(shí)現(xiàn)，因此要求我們檢修人員將軸翹向一側(cè)，左右均可。如圖5所示，將軸翹向最左側(cè)，設(shè)軸竄量為S，探頭靈敏度為F，左側(cè)探頭電壓為V1，右側(cè)探頭固定后的電壓為V2，左側(cè)探頭需要往3500組態(tài)軟件輸入零點(diǎn)電壓為V1+（S×F）/2，右側(cè)零點(diǎn)電壓為V2-（S×F）/2。

4.3 軟件

3500狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)包括三個(gè)軟件包，分別是框架組態(tài)軟件（Rack Configuration）、數(shù)據(jù)采集軟件（Data Acquisition＼DDE Server）、操作員顯示軟件（Operation Assist Display）。

框架組態(tài)軟件能夠自動(dòng)識(shí)別卡件類型及地址，上電前先將需要配置的卡件安裝好，20框架接口模塊是主控模塊在緊挨著電源的1#位置不可更改，設(shè)置連接密碼、框架地址、通訊端口、波特率等，連接，上傳數(shù)據(jù)，安裝好的卡件類型即可在面板上顯示出來(lái)，在軟件中設(shè)置各個(gè)卡件的參數(shù)。

數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)定有三個(gè)表單，數(shù)據(jù)采集表單中，Create Rack Based Trains項(xiàng)表示省城基于機(jī)組圖的框架文件，Automatic Data/Time Synchronization表示是否允許框架和運(yùn)行數(shù)據(jù)采集的PC機(jī)進(jìn)行時(shí)鐘同步；連接參數(shù)表單用以設(shè)置通訊端口、波特率、連接類型等PC機(jī)上的設(shè)置；框架地址和口令表單中地址由要連接的框架的硬件地址撥碼開關(guān)決定，口令在前述的框架接口模塊里設(shè)置。以上設(shè)置好了以后，運(yùn)行操作員顯示軟件，操作人員可以在這個(gè)畫面上查看機(jī)組上對(duì)應(yīng)位置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)、棒狀圖、報(bào)警事件列表等。

5 結(jié)語(yǔ)

本文研究了以大型壓縮機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控的一般原理和指標(biāo)，結(jié)合了在乙烯法制氯乙烯的氯堿行業(yè)中壓縮機(jī)運(yùn)行實(shí)例，闡述了Bently3500監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，對(duì)氯堿行業(yè)儀表維修和工藝操作人員有很好的指導(dǎo)借鑒作用。

參考文獻(xiàn)

[1] 氯乙烯生產(chǎn)工藝對(duì)比[J].云南化工，2010（1）.

[2] 淺談BENTLY 3300與BENTLY 3500的應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊）.