028大型往复式压缩机的状态监测与诊断_陈峰

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Abstract:Alarge-scalereciprocatingcompressorisanimportantpartofpetrochemicalplantequipment.Duetothecomplex structureoftheequipmentandthenumberousnessofquick-wearparts, theequipmentsafetyandreliabilitymustbehigher.Toestablishtheequipmentmonitorsandthefaultdiagnosticsystem andtoensurethelong-term safeoperationofthecompressor, the keyistheuseofadvancedmethodsforafaultdiagnosisofreciprocationcompressors.Thereciprocatingcompressorofthecommon failuremode, aswellasmonitoringandfaultdiagnosismethod, isanalyzed.Inaccordancewiththeoperationalconditionofthereciprocatingcompressorforapetrochemicalcompany, anumberofrecommendationshavebeenmadewithgoodresultsobtainedfor themonitoringanddiagnosissystem. Keywords:reciprocatingcompressor;monitoring;diagnosis;facilitymanagement
从自身设备状态实际出发 , 在开展综合诊断的基 础上参考绝对标准 , 逐步积累状态数据 , 建立设备诊 断的相对标准 , 再进一步选择灵敏的参数和有效的方 法 , 建立出更适合所需的最优诊断标准 。
氧气 甲烷 氢气 乙烯 、氮气 乙烯 、氮气 丙烯 、氮气 丙烯 、氮气 二氧化碳 乙烯 、甲烷
1995年 8 月 1995年 8 月 1995年 8 月 1995年 8 月 1995年 8 月 1995年 8 月 2002年 9 月 1995年 8 月 1995年 8 月
振动 监测 ;动态 压力 示 功监测 ;超声监测 ;缓变 量监 测 (远 红 外 温 度 、 撞击 )
2010 年 第 4期
Pipeline Technique and Equipment
2010 No.4
大型往复式压缩机的状态监测与诊断
陈 峰 , 纪 琳 , 林振宇 , 蒋云飞 , 曹玉伟
(中国 石油天然气股份有限公司独山子石化分公司 , 新疆克 拉玛依 833600)
摘要 :大型往复式压缩机是石化装置的重要设备 , 由于结构复杂 , 易损部件多 , 运行中安全可靠性 要求比较高 。采用先进的往复式压缩机故障诊断方法 , 是保证压缩机长周期安全运行的关键 。分析了 往复压缩机的常见故障模式 , 介绍了往复式压缩机监测及故障诊断方法 , 根据某石化公司往复式压缩 机运行现状 , 针对监测与诊断体系的建立提出了一些建议 , 并取得了很好的效果 。 关键词 :往复式压缩机 ;状态监测 ;故障诊断 ;设备管理 中图分类号 :TE9 文献标识码 :B 文章编号 :1004 -9614(2010)04 -0025 -03
1 往复式压缩机故障模式与诊断方法 1.1 往复式压缩机的常见故障
往复式压缩机的故障根据特征可分为两大类[ 1] : 一类是带有流体性质的, 属于机器热力性能故障, 其 主要表征是排气量不足 , 压力 、温度异常 , 为热力故障 模式 ;另一类是带有机械性质的 , 属于机器动力性能 故障 , 主要表征是振动异常 、噪声 , 为动力故 障模式 。 表 1为往复式压缩机诊断模块诊断项目表 。 1.2 往复式压缩机的故障诊断方法
收稿日期 :2009 -08 -07 收修改稿日期 :2010 -03 -08
法 。 但必须有别的方法配套使用 。 1.2.3 压力 监测
绘制出压力变化过程曲线或示功图 , 和正常情况 下的曲线进行比较 , 将很容易判别气阀和活塞组件的 故障情况 。 1.2.4 振动 监测
诊断吸 、排气阀损坏 , 活塞环磨损 , 活塞杆填料函 磨损 , 活塞杆导向环磨损 , 活塞杆下沉及裂纹 , 连杆十 字头磨损 , 连杆螺栓及十字头螺栓松动 、各运动连接 件的松动 、运动摩擦副的配合间隙等动力性故障 , 振 动监测是比较理想和有效的 。 1.2.5 位移 监测
(3)不能进行示功监测 、可以实施其他监测的机
图 5 压力采样点选取
组统计见表 5。
表 3 实施离线监测方式的往复式机组 (1)
装置
设备位号
介质
投用时间
监测方式
监测参数
备注
空分 乙烯 乙烯 聚乙烯 聚乙烯 聚丙烯 聚丙烯 乙二醇 乙二醇
J0202 10 -K-302A/B 10 -K-701A/B 21 /22 -C470 22C480 PK301 PK2301 C-220 C-320
图 3 气缸上的压 力引出孔设置
2.2.3 压力和振动 、超声采样点选取 2.2.3 .1 压 力采 样点 选取
如图 5所示 , V1 点用于采集气缸内气体压力 , 在仪 器和软件上显示出 P-V、P-T图 。 V4 点用于采集阀窝 内的气体压力 , 用于区分气阀和通道中的能量损失 。 V2 和 V3 点用于分析压力脉动与管路中的能量损失 。
2.3 实施规划
根据现场对乙烯厂 、炼油厂共计 54台往复式压缩
机调查情况 , 针对每台设备监测测点及技术选择 、诊
断功能进行了规划设计 , 具体如下 :
(1)不需要进行设备主体改造 , 直接可以实施全 部离线监测方式的机组统计 , 见表 3。
(2)更换贺尔碧格引压气阀后 , 直接可以实施全
பைடு நூலகம்
部离线监测的机组见表 4。
定相压力 、振动 、超 声 波
活塞环 /支承环的磨损和损坏 、阀片异常撞击 定相压力 、振动 、超 声
(比如油粘滞 )、弹簧运动情况

内部机械损坏 、活塞锁紧螺母松动 、连杆大小
头轴衬 /瓦的异常间隙
定相压力 、振动
气阀的延迟开启与关闭
定相压力 、超声波
压缩机效率性能分 析 、气缸 平衡 、容 积效 率、 定相压力
表 2 传感器设置
图 2 键相传感器安装和设置
2.2.2 气缸上的压力引出孔设置及 KIENE阀门安装 符合 API618标准的往复式压缩机都有压力引出
孔 , 见图 3。 对于没有压力引出孔的压缩机 , 可以测试 超声 、振动红外等参数 , 并在在气缸上安装气阀压力 的引出装置 , 如图 4所示 。
针对上述主要故障 , 利用多种方法进行故障的判 别与定位 , 从而提高故障诊断的准确性[ 2] 。 1.2.1 润滑油监测
正常磨损的趋势监测可用光谱分析 , 异常时润滑油 中所含的磨粒用铁谱进行跟踪 。油液法用于监测曲轴 箱内运动机构的磨损状况 , 是较理想的辅助手段 。 1.2.2 温度监测
对于一些热力性故障 , 温度监测是优先采用的方
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PipelineTechniqueandEquipment
Jul.2010
环及填料函漏气等工作情况 。
表 1 往复压缩机诊断模块诊断项目列表
诊断内容
监测方法及项目
气阀泄漏 、阀门开启 故障 、气 阀通道 堵塞 、阀 定相压力 、振动 、超 声
垫和气缸垫泄漏
波 、温度
缸套磨损 /损坏 、十字头敲击 、连杆负载 、由于 压差异常或惯性失衡而产生的不平衡 、连 杆 负荷过大引起的力矩过高
1.2.7 噪声监测 对于十字头 、曲轴的曲拐 , 由于无法 安装振动监
测装置进行短距离 (一般在 0.5 ~ 1 m之间 )近场噪声 测量 , 通过频谱分析连杆大小头瓦 、十字头销运动 , 监 测间隙变大引起的冲击噪声 。 2 往复式压缩机综合监测系统的设置 2.1 往复式压缩机的传感器选择
考虑压缩机的典型故障模式 、维修和停 机损失 , 监测气缸内动态压力 (P-V示功图曲线 )能够更好地 确定气阀的物理状况和机械性能 , 首先需要从机械安 装可行性角度考虑设备是 否能够安装与压力传感器 对接的 KIENE阀门 。 表 2为传感器设置表 。 图 1为 往复设备监测传感器布置结构示意图 。
第 4期
陈峰等 :大型往复式压缩机的状态监测与诊断
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2.2.3 .3 超 声采 样点 选取 超声泄漏检测使用专用 的探测器 , 能够对气阀 、
活塞的泄漏进行监测 , 其监测部位分别在缸体轴侧与 盖侧进行 。能 够对 气阀 、活塞环 的泄漏 情况 进行监 测 。 超声波信号可以使用专业的 RTwin9.2软件进行 分析 , 并且与 P-T图同步 , 对如下问题进行诊断 :气 阀的提前 /延迟关闭与开启 ;阀垫和气缸垫泄漏 ;气阀 泄漏 ;阀窝堵塞 ;气阀通道堵塞等 。
图 1 往复设备监测传感器布置结构示意图
2.2 监测的基本设置 2.2.1 键相 传感 器安 装和 设置
为完成准确的测量和性能分析 , 希望机器安装多 齿轮盘 , 如果无法安装多齿轮盘 , 则需要在旋转部件 (飞轮 )上加工键相槽 。 将参考气缸的活塞盘车到上 死点 。安装键相传感 器 , 设置上死点标 记 , 在飞轮上 做标记 。 图 2为键相传感器安装和设置图 。
通过监测活塞杆的下沉量 , 了解活塞环 、填料函 、 十字头滑块的磨损状况的同时 , 间接了解活塞杆组件 的运行状况 。位 移监测方法只对诊断活塞杆组件的 磨损有一定效果 , 是一种辅助手段 。 1.2.6 瞬时 转速 监测
通过对瞬时转速的监测 , 可了解一个工作循环内 负载变动状况 , 反映拉缸 、卡死 、阀门工作不良 、活塞
功率 、压力波动 、生产量 、管道能量损失
活 塞 杆 分 析 ROD系 活塞杆磨损 、裂纹 、断裂 , 连杆下降动态分析
统 、定相压力 、振动
活塞杆超载 、十字头敲击 压缩机结构故障 (轴承 、曲轴 )
定相压力 、振动 定相振动
泵 、地基 、轴承 、气缸 运动 , 齿 轮和传 动轴 、基 频谱分析
础松动
Large-scaleReciprocatingCompressorMonitoringandDiagnosis
CHENFeng, JILin, LINZhen-yu, JIANGYun-fei, CAOYu-wei
(DushanziPetrochemicalCompanyofChinaNationalPetroleum Corporation, Karamay833600, China)
图 4 不符 API618压缩机压力引出孔设置
2.2.3.2 振 动采 样点选 取
振动采样点位于压阀盖上方 , 在阀盖上采集的高
通振动数据能够定相位于曲柄转角 。 气阀的振动信 号变化谱与 P-T图同步 , 并且在同一张合成图谱上
比较分析 , 能够发现气阀相关故障 , 如图 6设置 。
图 6 振动信号 采集点布局
键相信号 , 主轴承温度 , 壳体 振动 , 十字头振动 , 十字头滑 块温度 , 压力填料温度 , 活塞 杆位置 , 阀门温度 , 气缸压力
超 声 信 号、 振 动 信 号 、相 位 与 转 速 信 号 、红 外 信号 、压 力 值 ;键 相 传 感 器 12 只 ;KIENE压力测试 阀 2 只 /缸
3 结束语 往复式设备状态监测体系分在线系 统和离线系
自优缺点和应用场合 , 由于设备故障的多样性 , 必须 采用多种方法综合进行监测 。
统 ,将两套系统有机结合 ,既保证了关键机组实时监 测 , 同时又将某石化公司所有的往复式设备全部纳入 监测和故障诊断体系 , 为实现往复式设备状态维修打 下良好的基础 。
部件 曲轴 十字头 活塞杆
气缸
测量项目 键相 壳体振动 十字头加速度
活塞杆位置 活塞杆位置
气缸压力 气阀温度
传感器 键相传感器 (现场安装 ) 压电式速度传感器 (自带 ) 冲击传感器 (自带 )
垂直电涡流传感器 (自带 ) 水平电涡流传感器 (自带 )
压力传感器 (系统自带 ) 温度传感器 (系统自带 )
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