陳本學(xué) 李忠良 駱敏珠 汪誠 張汀汀

中石油西南油氣田公司川中油氣礦遂寧采油氣作業(yè)區(qū)，中國·四川 遂寧 629000

DPC-2803 整體式天然氣壓縮機(jī)在中國油氣田行業(yè)有著廣泛應(yīng)用。該型壓縮機(jī)動(dòng)力缸與壓縮缸共用一根曲軸，具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、振動(dòng)大、易損件多等特點(diǎn)。針對(duì)該型壓縮機(jī)首次設(shè)計(jì)，安裝了在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。在機(jī)組原有控制參數(shù)基礎(chǔ)上，完成機(jī)體振動(dòng)、缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力、活塞桿位移等多源信號(hào)監(jiān)測(cè)，具備實(shí)時(shí)報(bào)警與自動(dòng)診斷能力，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)。

整體式天然氣壓縮機(jī)，在線監(jiān)測(cè)診斷，實(shí)時(shí)報(bào)警，自動(dòng)診斷

1 引言

往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)在油氣田開采與天然氣輸送行業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，由于存在振動(dòng)大、故障率高、易損件多的特點(diǎn)，天然氣壓縮機(jī)的檢維修周期較短，成本較高，給企業(yè)生產(chǎn)造成了不利影響[1-2]。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)的發(fā)展，設(shè)備故障監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)在石油石化行業(yè)已經(jīng)得到了普遍的應(yīng)用[3-4]。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，中國石油石化企業(yè)已有數(shù)千臺(tái)各型設(shè)備安裝了在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。相比而言，油氣田領(lǐng)域的往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)則相對(duì)落后，目前絕大多數(shù)機(jī)組還停留在依靠機(jī)組現(xiàn)有控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)常規(guī)溫度、壓力參數(shù)進(jìn)行定值報(bào)警的階段，對(duì)壓縮機(jī)關(guān)鍵部件故障監(jiān)測(cè)效果較差，無法滿足企業(yè)安全生產(chǎn)的需求。

DPC-2803 整體式天然氣壓縮機(jī)是一型將發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力缸與壓縮機(jī)壓縮缸整體設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)，動(dòng)力缸與壓縮缸共用一根曲軸[5]。相比常規(guī)往復(fù)壓縮機(jī)，該型機(jī)組結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損部件不僅包括壓縮機(jī)的氣閥、活塞組件、填料等，還包括發(fā)動(dòng)機(jī)火花塞、活塞組件、缸體等，其故障監(jiān)測(cè)難度要大于常規(guī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的往復(fù)壓縮機(jī)[6-8]。機(jī)組現(xiàn)有監(jiān)測(cè)參數(shù)較少，以機(jī)組工藝狀態(tài)參數(shù)為主，故障監(jiān)測(cè)效果相對(duì)較差。為了提升機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)診斷水平，結(jié)合DPC-2803 整體式天然氣壓縮機(jī)組實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，對(duì)機(jī)組在線監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)進(jìn)行了布局設(shè)計(jì)，安裝在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，應(yīng)用相關(guān)診斷分析功能，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的有效掌握，為設(shè)備預(yù)知維修技術(shù)推廣應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

2 實(shí)際應(yīng)用對(duì)象與監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)介紹

研究應(yīng)用對(duì)象為一臺(tái)DPC-2803 型往復(fù)壓縮機(jī)，如圖1所示。該機(jī)組由3 個(gè)動(dòng)力缸與2 個(gè)壓縮缸組成，機(jī)組關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)如表1所示。

圖1 DPC-2803 型整體式往復(fù)壓縮機(jī)

表1 機(jī)組關(guān)鍵結(jié)構(gòu)與運(yùn)行參數(shù)表

針對(duì)該機(jī)組為動(dòng)力缸與壓縮缸整體式結(jié)構(gòu)，在現(xiàn)有控制參數(shù)監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)上，新增測(cè)點(diǎn)及其監(jiān)測(cè)作用如表2所示。相比中國絕大多數(shù)往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，本次安裝的測(cè)點(diǎn)以包含動(dòng)力缸、壓縮缸氣缸動(dòng)態(tài)壓力為特色。

表2 主要新增測(cè)點(diǎn)及其監(jiān)測(cè)作用對(duì)照表

在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)應(yīng)用了當(dāng)前最新的邊緣計(jì)算技術(shù)，系統(tǒng)組成主要包括上述各型傳感器、信號(hào)電纜、邊緣計(jì)算設(shè)備、防爆箱、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備、光纖、機(jī)柜、服務(wù)器等。現(xiàn)場(chǎng)傳感器采集的各類信號(hào)經(jīng)過邊緣計(jì)算設(shè)備處理后進(jìn)行本地存儲(chǔ)與遠(yuǎn)程傳輸。設(shè)備管理人員從控制室操作站進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分析，故障診斷專家通過網(wǎng)絡(luò)訪問數(shù)據(jù)服務(wù)器，使用專用分析診斷軟件進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備安裝照片如圖2和圖3所示。

圖2 壓縮缸檢測(cè)傳感器安裝

圖3 鍵相、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速傳感器安裝

本次應(yīng)用的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)相比以往的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，在如下四個(gè)方面具有顯著的特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì)。

第一，應(yīng)用邊緣計(jì)算技術(shù)：相對(duì)以往數(shù)據(jù)采集器部署在控制室安全區(qū)域，本次安裝的在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)應(yīng)用了具有本質(zhì)安全防爆認(rèn)證的邊緣計(jì)算設(shè)備，將數(shù)據(jù)采集器直接部署在現(xiàn)場(chǎng)防爆環(huán)境中，減少了通過長距離電纜進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸帶來的數(shù)據(jù)干擾和誤差等問題，提高了可靠性和穩(wěn)定性；并且具有本地存儲(chǔ)、電纜施工量少等優(yōu)勢(shì)。

第二，應(yīng)用自動(dòng)診斷技術(shù)：本次應(yīng)用的在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)應(yīng)用了典型故障的自動(dòng)診斷功能，在結(jié)合機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)特性分析后，對(duì)自動(dòng)診斷模型進(jìn)行必要修正，可實(shí)現(xiàn)對(duì)氣閥故障、活塞組件故障、動(dòng)力缸發(fā)火異常等進(jìn)行自動(dòng)診斷。

第三，應(yīng)用能效監(jiān)測(cè)技術(shù)：相對(duì)以往沒有動(dòng)態(tài)壓力監(jiān)測(cè)，本次應(yīng)用的監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)新增了動(dòng)力缸、壓縮缸動(dòng)態(tài)壓力測(cè)點(diǎn)，利用動(dòng)態(tài)壓力數(shù)據(jù)可進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行能效的監(jiān)測(cè)與分析。

第四，應(yīng)用多參數(shù)綜合監(jiān)測(cè)技術(shù)：新增的測(cè)點(diǎn)與機(jī)組原有控制系統(tǒng)參數(shù)實(shí)現(xiàn)了融合，融合表現(xiàn)在可使用同一軟件平臺(tái)進(jìn)行分析，故障自動(dòng)診斷功能也基于多參數(shù)的監(jiān)測(cè)效果分別構(gòu)建了相關(guān)模型，并對(duì)診斷結(jié)果進(jìn)行融合計(jì)算。

3 監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用主要包括以下三方面：

（1）現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備員應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行日常分析診斷，一方面對(duì)自動(dòng)診斷結(jié)果進(jìn)行人工復(fù)核，另一方面開展人工巡檢。

（2）遠(yuǎn)程診斷人員進(jìn)行機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分析，撰寫報(bào)告、報(bào)表，為現(xiàn)場(chǎng)機(jī)組運(yùn)維提供支持。

（3）在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)廠家進(jìn)行培訓(xùn)、定期回訪與遠(yuǎn)程指導(dǎo)。

應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)分析軟件，對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)際分析：

（1）動(dòng)力缸

動(dòng)力缸總體工作穩(wěn)定，殼體振動(dòng)加速度峰值與速度有效值均保持穩(wěn)定；從動(dòng)力缸動(dòng)態(tài)壓力分析，三個(gè)動(dòng)力缸做功存在一定的不平穩(wěn)，缸內(nèi)爆發(fā)壓力波動(dòng)明顯，但是點(diǎn)火提前角較為穩(wěn)定，說明火花塞無故障。峰值壓力波動(dòng)主要影響機(jī)組動(dòng)力輸出，主要原因是各缸燃?xì)饣蚩諝廨斔蜋C(jī)構(gòu)工作存在一定的差異性，導(dǎo)致動(dòng)力缸內(nèi)燃燒過程不一致。目前，上述現(xiàn)象對(duì)機(jī)組正常工作影響不明顯，機(jī)組瞬時(shí)轉(zhuǎn)速波動(dòng)較小，處于正常范圍內(nèi)。

（2）壓縮缸

壓縮缸總體工作穩(wěn)定，殼體振動(dòng)加速度峰值在氣閥開啟、關(guān)閉角度存在一定波動(dòng)，缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力、氣閥溫度等參數(shù)無異常；活塞桿位移波形與趨勢(shì)平穩(wěn)，說明機(jī)組活塞組件、活塞桿無明顯異常。整體來看，動(dòng)力缸主要部件工作穩(wěn)定。

相應(yīng)圖譜及分析結(jié)果如圖4～8 所示。

圖4 機(jī)組監(jiān)測(cè)總貌圖

圖5 機(jī)組監(jiān)測(cè)趨勢(shì)圖

圖6 動(dòng)力缸缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力波形圖

圖7 壓縮缸缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力波形圖

圖8 壓縮缸缸體振動(dòng)波形

4 結(jié)語

本項(xiàng)目是首次在DPC-2803 整體式天然氣壓縮機(jī)組安裝在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)，在新設(shè)備、新技術(shù)應(yīng)用方面取得了突破。截止到目前，在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)已穩(wěn)定運(yùn)行近一年。相對(duì)機(jī)組控制系統(tǒng)監(jiān)測(cè)參數(shù)偏重常規(guī)控制，存在對(duì)機(jī)組關(guān)鍵部件監(jiān)測(cè)效果有限的問題，本次安裝的在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)顯著地提升了對(duì)機(jī)組整體運(yùn)行狀態(tài)與關(guān)鍵部件故障的監(jiān)測(cè)能力，對(duì)保障機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要作用。后續(xù)將加強(qiáng)人員培訓(xùn)與系統(tǒng)應(yīng)用，促進(jìn)設(shè)備監(jiān)測(cè)診斷新技術(shù)的推廣應(yīng)用。