趙子龍，季衛(wèi)星，宋靜國(guó)

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

往復(fù)壓縮機(jī)常見(jiàn)故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展趨勢(shì)

趙子龍，季衛(wèi)星，宋靜國(guó)

（大慶石化公司煉油廠，黑龍江大慶163711）

往復(fù)壓縮機(jī)是很多過(guò)程工業(yè)中的關(guān)鍵設(shè)備，越來(lái)越多的往復(fù)壓縮機(jī)安裝了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。分析了往復(fù)壓縮機(jī)的常見(jiàn)典型故障并總結(jié)了其主要的診斷方法；結(jié)合3種典型的故障案例說(shuō)明在線監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)在實(shí)際現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用的重要意義；最后就往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)給出了一些見(jiàn)解。

往復(fù)壓縮機(jī)；在線監(jiān)測(cè)；故障診斷

1 往復(fù)壓縮機(jī)常見(jiàn)故障

往復(fù)壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，具有壓力適用范圍廣、壓縮效率高、工作壓力穩(wěn)定等特點(diǎn)，在生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛。在正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，作用于運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)上的主要有慣性力、氣體力和相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面之間產(chǎn)生的摩擦力。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，易損件較多，出現(xiàn)故障的概率大。而且一旦出現(xiàn)故障，不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并排除，造成事故，給生產(chǎn)帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)損失，有時(shí)甚至?xí)斐扇松韨?。往?fù)式壓縮機(jī)典型故障與原因如表1所示。

2 往復(fù)壓縮機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷方法

往復(fù)壓縮機(jī)廣泛應(yīng)用于化工工藝過(guò)程、氣體輸送以及動(dòng)力工程等重要場(chǎng)合，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的很多部門中屬于必不可少的關(guān)鍵設(shè)備。隨著機(jī)械設(shè)備在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來(lái)越多的往復(fù)壓縮機(jī)安裝了在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其采用多種傳感器，如溫度、壓力、振動(dòng)、位移（測(cè)量活塞桿沉降）等傳感器，來(lái)監(jiān)測(cè)整個(gè)機(jī)組及其零部件的運(yùn)行狀態(tài)，從而做到對(duì)故障的提前預(yù)知，避免惡性故障的發(fā)生。

目前國(guó)內(nèi)外從事往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)的企業(yè)主要有北京博華信智、Hoerbiger、Bently（GE）、西馬力等公司，其中北京博華信智科技股份有限公司的產(chǎn)品BH5000R往復(fù)機(jī)械在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)已經(jīng)在國(guó)內(nèi)煉化等企業(yè)得到廣泛應(yīng)用，并取得了良好的故障預(yù)警診斷實(shí)效。

往復(fù)壓縮機(jī)采用的主要監(jiān)測(cè)方法如下：

（1）工況熱力參數(shù)法。熱力參數(shù)是根據(jù)往復(fù)壓縮機(jī)的熱力參數(shù)來(lái)判斷設(shè)備及其零部件運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的一種方法。熱力參數(shù)包括往復(fù)壓縮機(jī)的進(jìn)、排氣溫度、壓力，冷卻水、潤(rùn)滑油的溫度、壓力和流量。

（2）振動(dòng)檢測(cè)分析法。振動(dòng)聲學(xué)法監(jiān)測(cè)是指通過(guò)對(duì)機(jī)械設(shè)備的振動(dòng)、噪聲信號(hào)的檢測(cè)、分析、處理尋找機(jī)器故障的方法。理論上講，振動(dòng)信號(hào)含有的信息最豐富，以此來(lái)尋找故障源最簡(jiǎn)便，該方法在旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù)中的應(yīng)用最普遍。目前氣閥振動(dòng)信號(hào)的分析處理方法主要有：頻譜分析法、時(shí)域分析和包絡(luò)分析法。

（3）氣體泄漏監(jiān)測(cè)法。主要是對(duì)氣閥和填料函磨損故障進(jìn)行診斷，填料函磨損故障是采用泄漏監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

（4）油液分析法。油液分析是根據(jù)潤(rùn)滑油中的金屬含量來(lái)評(píng)定往復(fù)壓縮機(jī)不同摩擦副的摩擦程度。油液分析法在往復(fù)壓縮機(jī)中的應(yīng)用并不十分普遍，因?yàn)殡p作用往復(fù)壓縮機(jī)、無(wú)油潤(rùn)滑往復(fù)壓縮機(jī)的氣缸部分得不到反映，在發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用較多。將其應(yīng)用于監(jiān)測(cè)曲柄連桿機(jī)構(gòu)的磨損狀況應(yīng)是一種比較理想的輔助手段。

表1 往復(fù)壓縮機(jī)典型故障及其主要原因

3 往復(fù)壓縮機(jī)典型故障診斷案例

（1）撞缸故障。某石化K1202A機(jī)組安裝了北京博華信智公司的BH5000R在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。在2014年12月13日，1#缸出現(xiàn)明顯異常。機(jī)組于20點(diǎn)24分左右出現(xiàn)活塞桿沉降快速變化，同步出現(xiàn)氣閥溫度異常升高，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)送報(bào)警郵件給巡檢人員；21點(diǎn)30分左右，機(jī)組缸體振動(dòng)與曲軸箱振動(dòng)迅速增大，機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)嚴(yán)重異常，現(xiàn)場(chǎng)及時(shí)停車。開(kāi)缸后發(fā)現(xiàn)，機(jī)組1#缸已發(fā)生活塞組件掉落，引發(fā)輕微撞缸。圖1為監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在故障發(fā)生前后監(jiān)測(cè)到的1#缸活塞桿沉降、十字頭沖擊振動(dòng)和機(jī)身振動(dòng)的信號(hào)，現(xiàn)場(chǎng)故障照片如圖2所示。

圖1 機(jī)組1#缸發(fā)生故障前后的信號(hào)波形

圖2 發(fā)生撞缸故障的缸頭

圖3 發(fā)生拉缸故障的缸體內(nèi)壁

（2）拉缸故障。2011年8月～10月，某石化公司兩缸臥式往復(fù)壓縮機(jī)1#缸運(yùn)行過(guò)程中拉缸故障。從BH5000R在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)中的信號(hào)中可以看到：2個(gè)月左右時(shí)間內(nèi)，活塞桿沉降量相對(duì)變化量超過(guò)500 μm，沉降波形在缸頭處存在現(xiàn)出劇烈波動(dòng)；缸體振動(dòng)沖擊峰值異常增大，由20 m/s2增大到50 m/s2左右，振動(dòng)波形也在缸頭處出現(xiàn)強(qiáng)烈沖擊，BH5000R系統(tǒng)持續(xù)報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)停車后發(fā)現(xiàn)支撐環(huán)、活塞環(huán)已發(fā)生嚴(yán)重磨損，缸頭處存在輕微拉缸。

（3）氣閥故障。往復(fù)壓縮機(jī)在工作過(guò)程中，氣閥在一個(gè)正常的工作周期內(nèi)的振動(dòng)時(shí)域波形中，其能量主要集中在3處：排氣閥開(kāi)啟時(shí)，出現(xiàn)強(qiáng)烈的機(jī)械撞擊以及短時(shí)間的氣體流，此處振動(dòng)峰值最大；排氣閥關(guān)閉時(shí)，由于氣路被切斷，所以出現(xiàn)一定的氣流沖擊，形成一個(gè)關(guān)閉壓力峰值，此處振動(dòng)峰值次之；吸氣閥開(kāi)啟時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)機(jī)械撞擊，導(dǎo)致流道內(nèi)出現(xiàn)短暫的噪聲。

某石化聚丙烯廠C301往復(fù)壓縮機(jī)組，2011年12月至2012年1月，2個(gè)月以來(lái)運(yùn)行狀態(tài)異常，4#缸缸體振動(dòng)由40 m/s2左右逐漸增加至72 m/s2左右；振動(dòng)波形在內(nèi)側(cè)吸氣閥開(kāi)啟處振動(dòng)較大；外排溫度1由62℃逐漸升高至74℃左右，外排溫度2由45℃逐漸升高至52℃左右。故障圖譜見(jiàn)圖4，4#缸缸體振動(dòng)有增大趨勢(shì)，4#缸外排溫度1、2有增大趨勢(shì)。

4 往復(fù)壓縮機(jī)故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，特別是信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、傳感器技術(shù)等多種新技術(shù)的出現(xiàn)，數(shù)據(jù)采集、信號(hào)處理和分析手段日臻完善，設(shè)備故障診斷技術(shù)正在變成計(jì)算機(jī)、控制、通信和人工智能的集成技術(shù)。近年來(lái)故障監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

（1）診斷技術(shù)多元化。診斷技術(shù)吸收了大量的現(xiàn)代化科技成果，使診斷技術(shù)可以利用振動(dòng)、噪聲、應(yīng)力、溫度、油液、電磁、光、射線等多種信息實(shí)施診斷，還可以同時(shí)利用幾種方法進(jìn)行綜合診斷。多種現(xiàn)代信息處理方法，如神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、全息譜技術(shù)、小波分析、數(shù)據(jù)融合技術(shù)、數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等前沿科學(xué)成果也被用于故障診斷領(lǐng)域，提高了診斷的準(zhǔn)確性。

（2）故障診斷實(shí)時(shí)化。實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)是航空、航天技術(shù)和現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)的要求。現(xiàn)代化工業(yè)要求生產(chǎn)裝備的高度自動(dòng)化、集成化和大型化發(fā)展，越復(fù)雜的工業(yè)裝備，越應(yīng)該具備高度的可靠性和抵御故障的能力，以確保系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、長(zhǎng)期、滿負(fù)荷、優(yōu)化運(yùn)行。為此需要快速、有效的故障信號(hào)采集、傳輸、存儲(chǔ)、分析和識(shí)別以及決策支持。

（3）診斷方法智能化。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)，從監(jiān)測(cè)到的故障信息去判別故障原因往往需要技術(shù)人員有較高的專業(yè)水平和現(xiàn)場(chǎng)診斷經(jīng)驗(yàn)，要想將診斷技術(shù)推廣應(yīng)用，必須使用儀器或系統(tǒng)智能化，制造出“傻瓜式”診斷系統(tǒng)，這樣可以降低對(duì)使用者技術(shù)水平的限制。應(yīng)充分利用計(jì)算機(jī)及其軟件技術(shù)和專家知識(shí)、經(jīng)驗(yàn)使診斷系統(tǒng)智能化，從而使普通技術(shù)人員使用診斷系統(tǒng)得到的結(jié)果能達(dá)到診斷專家的水平。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)、決策支持系統(tǒng)和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)等可以為實(shí)現(xiàn)人工智能診斷提供技術(shù)支持。

（4）監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化。隨著Internet和Intranet的普及應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外許多大型企業(yè)設(shè)備管理已向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，設(shè)備監(jiān)測(cè)和診斷網(wǎng)絡(luò)化已成必然。采用傳感器群對(duì)工業(yè)裝備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，將數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)有線或無(wú)線通信與監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)、企業(yè)管理信息系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)相連，使管理部門及時(shí)獲得設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)信息，有利于科學(xué)維修決策。借助Internet還可以提供范圍廣泛的專家支援、網(wǎng)上會(huì)診，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程診斷。

近年來(lái)，應(yīng)用基于無(wú)線局域網(wǎng)等技術(shù)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始應(yīng)用，我國(guó)不少機(jī)構(gòu)也在開(kāi)始研究，這是監(jiān)測(cè)診斷技術(shù)發(fā)展的重要趨勢(shì)，應(yīng)引起足夠的重視。

圖4 C301機(jī)組4#缸歷史運(yùn)行狀態(tài)圖

[1]馬波.往復(fù)壓縮機(jī)的故障機(jī)理及早期預(yù)警技術(shù)研究[J].北京：北京化工大學(xué)博士研究生學(xué)位論文，2007.

[2]郁永章.活塞式壓縮機(jī)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

[3]劉衛(wèi)華，郁永章.往復(fù)壓縮機(jī)故障示功圖診斷法研究[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2001，（6）：9-12.

[4]余愚.往復(fù)式壓縮機(jī)振動(dòng)故障的試驗(yàn)研究[J].四川工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)，1996，15（4）：24-35.

[5]林京，屈梁生.基于連續(xù)小波變換的奇異性檢測(cè)與故障診斷[J].振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2000，13（4）：523-530.

[6]干敏梁，劉紅星.關(guān)于振動(dòng)加速度信號(hào)幅值解調(diào)的五種方法[J].振動(dòng)與沖擊，2000，19（1）：32-33.

[7]江志農(nóng).煉化機(jī)械網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測(cè)、智能診斷系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J].北京化工大學(xué)博士學(xué)位論文，2010.

[8]高金吉.機(jī)械故障診治與自愈化[M].北京：高等教育出版社，2012.

[9]陳淑華.往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用[M].北京：中國(guó)設(shè)備工程，2012，（2）：59-61.

Application and Developing Trend of Monitoring and Diagnosis Technique for Common Faults in Reciprocating Compressor

ZHAO Zi-long,JI Wei-xing,SONG Jing-guo
(Daqing Petrochemical Corporation Refinery Plant,Daqing 163711,China)

Reciprocating compressor is the key equipment for many process industries and more and more reciprocating compressors installed with online monitoring system.This paper analyzed the common typical faults occurred in reciprocating compressor and summarized the main diagnosis method.Then the important meanings of the application of online monitoring diagnosis technique in practical site were stated combined with three types of typical fault cases.Finally,some advices aimed at the developing trend of faults diagnosis technique for reciprocating compressor are pointed out.

reciprocating compressor;online monitoring;fault diagnosis

TH457

B

1006-2971（2015）03-0057-04

趙子龍，男，工學(xué)學(xué)士，工程師，2002年畢業(yè)于大慶石油學(xué)院化工設(shè)備與機(jī)械專業(yè)，主要從事煉油廠動(dòng)設(shè)備管理工作。E-mail：lyzzl@petrochina.com.cn

2015-01-26