往復(fù)壓縮機(jī)氣閥故障診斷新方法的應(yīng)用研究

2016-03-10 02:41肖文軍陳凱

中國設(shè)備工程 2016年17期

關(guān)鍵詞：閥片波形圖氣閥

肖文軍，陳凱

（中國石油天然氣股份有限公司獨(dú)石化公司煉油廠，新疆克拉瑪依 834000）

往復(fù)壓縮機(jī)氣閥故障診斷新方法的應(yīng)用研究

肖文軍，陳凱

（中國石油天然氣股份有限公司獨(dú)石化公司煉油廠，新疆克拉瑪依 834000）

利用BH550振動監(jiān)測綜合分析檢測儀器，拓展應(yīng)用到對往復(fù)壓縮機(jī)氣閥狀態(tài)監(jiān)測中，對壓縮機(jī)氣閥振動頻譜進(jìn)行監(jiān)測對比分析，確定故障頻譜類型，判斷出氣閥故障類型，以提高氣閥故障分析準(zhǔn)確性，對壓縮機(jī)氣閥故障準(zhǔn)確判斷具有指導(dǎo)意義。

往復(fù)式壓縮機(jī)；氣閥；故障診斷

0 引言

獨(dú)石化公司煉油廠加氫聯(lián)合車間共有9臺往復(fù)式壓縮機(jī)，其中有6臺進(jìn)口大型往復(fù)式壓縮機(jī)，在這些大型壓縮機(jī)中，存在許多氣閥突發(fā)性故障問題，對裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)造成極大影響。為避免氣閥突發(fā)性故障的發(fā)生，提高機(jī)組安全性、可靠性，需要提前發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)氣閥故障前期故障征兆，在故障發(fā)生前做到計(jì)劃性檢修，避免突發(fā)性故障對生產(chǎn)造成的沖擊。產(chǎn)生氣閥故障的原因很多，其中閥片、彈簧、等方面的故障占故障總數(shù)的60%以上，也是日常維護(hù)檢修的主要工作內(nèi)容（圖1）。

圖1 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖

氣閥是壓縮機(jī)承載輸送氣體介質(zhì)的關(guān)鍵部件之一，在實(shí)際工況中，有兩個過程氣閥是運(yùn)動的，是吸氣過程和排氣過程，隨著壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速的不同氣閥開啟次數(shù)也不同，這也確定了氣閥閥片的受到?jīng)_擊頻次也不同。氣閥開啟、閉合等狀態(tài)產(chǎn)生的沖擊載荷會形成有規(guī)律振動信號，是一個脈沖過程，因此收集分析氣閥固有的沖擊信號特征，對異常故障信號特征進(jìn)行分類驗(yàn)證，就能做到預(yù)知性判別氣閥的故障，對壓縮機(jī)長周期運(yùn)行提供可靠保障（圖2）。

圖2 氣閥結(jié)構(gòu)示意圖

BH550離線狀態(tài)監(jiān)測綜合分析儀具有數(shù)據(jù)采集、信號處理及分析等功能。該系統(tǒng)采用中間件技術(shù)，通過中間件與數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，這樣可完成故障診斷、故障報警、網(wǎng)絡(luò)通信功能。

監(jiān)測人員對采集的氣閥加速度及沖擊信號進(jìn)行多種工具應(yīng)用分析，結(jié)合數(shù)據(jù)庫故障特征，就可以判斷出氣閥的實(shí)際工作狀態(tài)。

目前我廠利用BH550離線狀態(tài)監(jiān)測綜合分析儀對往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行監(jiān)測，多次成功進(jìn)行對氣閥故障診斷案例，現(xiàn)場拆檢維修驗(yàn)證，表明該監(jiān)測方法可靠有效，能夠?yàn)橥鶑?fù)壓縮機(jī)氣閥各種故障提供準(zhǔn)確指導(dǎo)。

1 確定故障頻譜方法

往復(fù)壓縮機(jī)氣閥內(nèi)零運(yùn)動主要是閥片承受沖擊力，其隨著壓縮機(jī)工作往復(fù)運(yùn)動，氣閥閥片產(chǎn)生的沖擊脈沖信號及振動頻率是相對穩(wěn)定的，完好狀況的氣閥的振動信號特征可通過初始監(jiān)測保存下來，作為后期振動及脈沖信號的判別標(biāo)準(zhǔn)，定期的監(jiān)測和收集異常特征頻譜，通過現(xiàn)場壓縮機(jī)運(yùn)行狀況加以判別分析去除氣流、環(huán)境、系統(tǒng)管路等影響，對重點(diǎn)分析的信號特征、異常數(shù)據(jù)等狀況，必要時可停機(jī)檢查驗(yàn)證，以確定故障信號特征，建立故障判別依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。

對壓縮機(jī)氣閥的狀態(tài)監(jiān)測，在實(shí)際應(yīng)用中主要通過包絡(luò)圖、趨勢圖、波形圖等分析方法，壓縮機(jī)壓縮氣體產(chǎn)生的氣體壓力作用在閥片上，是瞬時作用力，閥片對閥座和升程限制器的碰撞產(chǎn)生的沖擊形成的脈沖振動頻率，是相對穩(wěn)定的，通過閥片運(yùn)動的加速度和位移我們可以計(jì)算出氣體力的變化情況，隨著加速度的變化，位移也發(fā)生變化，氣閥在實(shí)際工作中就表現(xiàn)出不同的故障頻譜，例如氣閥閥罩固定頂絲松動通過加速度數(shù)據(jù)的變化，可以判別分析確認(rèn)，而閥片斷裂、氣閥彈簧損壞等，通過包絡(luò)分析就可以判斷出故障。

在實(shí)際應(yīng)用中，首先對壓縮機(jī)氣閥初始狀態(tài)所具有的特征頻譜進(jìn)行采集保存，制定監(jiān)測周期，初次應(yīng)用建議每天1次，周期為3個月。主要把氣閥初始狀態(tài)頻譜及沖擊頻率圖譜相對固定下來，做為參考依據(jù)。后期為每周2次，按常規(guī)要求對氣閥進(jìn)行監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集，把采集的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)分析軟件，進(jìn)行各種頻譜特征的分析展現(xiàn)，分析人員依據(jù)前期初始狀態(tài)正常氣閥的相應(yīng)頻譜進(jìn)行比對，初步分析出故障范圍。由于氣閥故障的頻譜影響因素較多，因此故障診斷應(yīng)從多個頻譜中分析，從中尋找異常典型的信號數(shù)據(jù)或頻譜特征來判定氣閥故障，用多組數(shù)據(jù)、多種圖譜確定故障類型（圖3）。

2 診斷分析案列分析

圖3 故障診斷過程框圖

案例1：80萬/年催焦化柴油加氫裝置K-101B壓縮機(jī)，在某時間巡檢時，發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫北缸氣閥有異響，為準(zhǔn)確判別故障，增加了該壓縮機(jī)氣閥的監(jiān)測頻次，通過相對集中的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫南、北缸各有兩個進(jìn)氣閥監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)，它們分別是：IV/311（循環(huán)氫北缸東面進(jìn)氣閥）、IV/312（循環(huán)氫北缸西面進(jìn)氣閥）、IV/301（循環(huán)氫南缸東面進(jìn)氣閥）、IV/302（循環(huán)氫南缸西面進(jìn)氣閥）；IV/101（新氫一級東面進(jìn)氣閥）、IV/201（新氫二級東面進(jìn)氣閥）、IV/201（新氫二級東面排氣閥）見圖4。

從上述氣閥的監(jiān)測數(shù)據(jù)看都有上升趨勢。以氣閥IV311、 IV312舉例如圖5所示，本月份監(jiān)測氣閥運(yùn)行加速度值分別為3.8m/s2、5.1 m/s2，次月監(jiān)測數(shù)值已經(jīng)達(dá)到8.8 m/s2、10.1 m/s2。

圖4

在上述頻譜監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析中，壓縮機(jī)氣閥的振動波形圖在周期內(nèi)有上升趨勢，在包絡(luò)波形圖如圖6所示，與前期初始狀態(tài)的包絡(luò)圖譜存在很大不同，沖擊頻譜峰值尖銳密集，說明存在故障特征，壓縮機(jī)氣閥（編號IV/312 IV/302）也存在上述氣閥包絡(luò)波形圖相似狀況；同時我們也觀察到在氣閥包絡(luò)波形圖上整個監(jiān)測周期中，存在一個顯著的沖擊并且能量相對較大峰值（圖7），而編號IV/101 IV/201 IV/201的氣閥包絡(luò)波形也很相似，存在周期內(nèi)氣閥關(guān)閉時較大的沖擊力峰值，但波形方面沒有差異。

依據(jù)監(jiān)測分析的判斷，維修人員擇機(jī)對該壓縮機(jī)氣閥進(jìn)行檢修，拆檢發(fā)現(xiàn)編號（IV/311、IV/312、IV/302）壓縮機(jī)進(jìn)氣閥載荷調(diào)節(jié)器頂桿限位卡簧斷裂損壞（圖8所示），同時伴隨發(fā)現(xiàn)有閥片嚴(yán)重吹蝕（圖9所示），失去限位的頂桿在外力作用下，產(chǎn)生撞擊從而產(chǎn)生包絡(luò)頻譜圖的異常峰值，而且與前期監(jiān)測頻譜基本吻合。

圖5

圖6

圖7

圖8

圖9

案例2：某時間上午，維護(hù)檢修人員在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)加氫聯(lián)合直餾柴油加氫裝置K-101/B壓縮機(jī)循環(huán)氫缸存在異常聲響，通過監(jiān)測看出南缸兩個進(jìn)氣閥加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)升高（圖10），同時觀測到壓縮機(jī)流量有下降趨勢，對氣閥進(jìn)行數(shù)據(jù)采集（在氣閥不同部位進(jìn)行采集）。

將多組采集的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫南缸的兩個進(jìn)氣閥（閥編號：IV/301，：IV/302）數(shù)據(jù)超標(biāo),查看編號IV/301近期趨勢圖，有跳躍上升趨勢，加速度值由1.9m/s2突變到7.83m/s2，并且查看IV/302也發(fā)現(xiàn)跳躍上升的趨勢，以IV/301（圖11）。

我們對前期采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過包絡(luò)波形圖分析，IV/301的波形圖，存在沖擊峰值，沖擊峰值呈現(xiàn)周期性的變化；IV/302也存在一些均勻的沖擊，沖擊能量從圖上明顯看出有峰值也存在周期變化（圖12）。

從進(jìn)氣閥的頻譜圖進(jìn)行進(jìn)一步分析，IV/301在 4000Hz與4800Hz這一頻帶上出現(xiàn)較為明顯的峰值，頻譜頻帶窄、數(shù)值大，編號IV/302在3200Hz與4500Hz在這一頻率上存在較為明顯的峰值，頻帶寬數(shù)值小（圖13）。

依此分析，判定 IV/301氣閥存在故障，IV/302從包絡(luò)波形圖上可以看出存在相互干擾的頻譜存在，說明有多項(xiàng)組件存在問題。維修人員擇機(jī)對該機(jī)進(jìn)行檢修，拆檢后發(fā)現(xiàn)IV/301氣閥的彈簧損壞（圖14），而氣閥IV/302的多組閥片已經(jīng)損壞，同時氣閥座外緣結(jié)焦，部分閥片斷裂碎片脫嵌入閥流道內(nèi)（圖15）。

3 結(jié)語

采用離線BH550狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在往復(fù)式壓縮機(jī)氣閥故障診斷中的應(yīng)用，是一次狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的拓展，任何運(yùn)動部件產(chǎn)生的沖擊頻譜通過狀態(tài)監(jiān)測儀器的收集都可以建立判別故障的依據(jù)，在分析方法上采用包絡(luò)分析對壓縮機(jī)氣閥振動加速度數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，經(jīng)BH550客戶端軟件分析后可形成氣閥故障診斷頻譜，經(jīng)過多次現(xiàn)場檢修驗(yàn)證，故障頻譜特征能夠有效提高故障診斷準(zhǔn)確率，判定壓縮機(jī)氣閥故障需要對氣閥監(jiān)測數(shù)據(jù)從不同測量部位收集，氣閥內(nèi)零故障產(chǎn)生的頻率是存在相互干擾的，因此收集分析需要基于長期的監(jiān)測比對，建立自己的頻譜數(shù)據(jù)庫，分析與檢修現(xiàn)場的相互驗(yàn)證，及時修正分析策略方法，這樣才能更好的提高故障監(jiān)測判別準(zhǔn)確率。