潘鑫

（渤海鉆探工程有限公司油氣合作開發(fā)分公司，天津 300280）

1 往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障

往復(fù)式壓縮機(jī)常見的故障一般分為動力性能故障和主要零部件的機(jī)械故障。兩種故障的表現(xiàn)形式有所不同，動力性能故障主要表現(xiàn)是往復(fù)式壓縮機(jī)的進(jìn)氣量、排氣量、排氣溫度以及由于設(shè)備冷卻系統(tǒng)故障而導(dǎo)致機(jī)械整體的熱力參數(shù)發(fā)生變化，稱作動力性能故障；主要零部件的機(jī)械故障的產(chǎn)生主要是由于機(jī)械設(shè)備長期處于長時間高強度運作下形成零部件的疲勞損壞或者是由于安裝不到位而導(dǎo)致的機(jī)械故障。這種情況會引起壓縮機(jī)整體設(shè)備工作時振幅和噪音增大，下面將對往復(fù)機(jī)的動力性能故障和機(jī)械故障進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 動力性能故障

（1）壓力異常故障。壓力異常故障一般包括吸氣壓力低、吸氣壓力高、排氣壓力高以及壓力不穩(wěn)定等情況。吸氣壓力低常常發(fā)生在進(jìn)氣管因長時間不清理，導(dǎo)致流體流入摩阻增大能量損耗變多使得進(jìn)氣壓力降低。當(dāng)壓縮機(jī)所作用工藝氣量不穩(wěn)定時，進(jìn)氣量突然增大將導(dǎo)致吸氣壓力增大的情況。排氣壓力高故障一般是由于吸氣壓力較標(biāo)準(zhǔn)值高而流體壓縮比未發(fā)生改變所產(chǎn)生的。往復(fù)機(jī)壓力不穩(wěn)是由于流體壓力有波動導(dǎo)致氣閥啟動或關(guān)閉不及時，而導(dǎo)致外部低壓流體進(jìn)入氣缸產(chǎn)生流體壓力不穩(wěn)。

（2）溫度異常故障。溫度異常可以分為介質(zhì)溫度異常和各部件溫度過熱兩種情況。介質(zhì)溫度異常是指往復(fù)機(jī)的吸氣、排氣的流體溫度過高的不正常狀態(tài)，這會導(dǎo)致流體通過部件出現(xiàn)積碳和過熱變形狀況。各部件溫度過熱往往是由于各機(jī)械組件摩擦發(fā)熱或設(shè)備冷卻不到位所產(chǎn)生的。各部件溫度過熱會引起機(jī)械設(shè)備的耐久度降低、壽命減少，并且熱量在部件上不斷聚集直到設(shè)備燒毀。

1.2 主要零部件的機(jī)械故障

（1）氣閥故障。往復(fù)式壓縮機(jī)能否正常運行的關(guān)鍵絕大部分在于進(jìn)、出氣閥能否保持良好的工作狀態(tài)，據(jù)統(tǒng)計，得到往復(fù)機(jī)出現(xiàn)的故障中60%都是由氣閥結(jié)構(gòu)失效而引起的。氣閥發(fā)生故障會導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣量降低、氣缸內(nèi)溫度升高等現(xiàn)象，如果閥片發(fā)生破損遺留在氣缸中會增大氣缸內(nèi)的機(jī)械碰撞，影響活塞運動。閥片損壞、氣閥彈簧斷裂和氣閥漏氣是氣閥故障中最常見的情況。

（2）活塞桿故障?；钊麠U發(fā)生斷裂不僅會對活塞和活塞桿有嚴(yán)重影響，還會使得往復(fù)機(jī)能的氣缸造成連鎖破壞，使得高壓高溫甚至是有毒流體泄漏，嚴(yán)重威脅工作人員的生命安全。故應(yīng)在日常的設(shè)備檢查過程中對活塞桿的使用情況格外關(guān)注。活塞桿的斷裂一般是由于應(yīng)力在桿上過于集中或退刀槽和螺紋表面的粗糙度達(dá)不到要求所引起的。

（3）曲軸故障。曲軸作為往復(fù)機(jī)內(nèi)傳動動力的關(guān)鍵裝置，在設(shè)計和材料選擇上，對其剛度和耐久度都有很高的要求，但由于機(jī)械設(shè)備的長時間工作或疏于維護(hù)，難免會發(fā)生曲軸斷裂的情況。曲軸斷裂一般發(fā)生在拐臂處斷裂，因為拐臂處是應(yīng)力集中區(qū)域并且最易達(dá)到曲軸的疲勞極限。

（4）活塞故障?；钊ㄗ『妥擦咽腔钊l(fā)生故障的兩種主要形式，其中活塞卡住發(fā)生的主要原因是潤滑處理未到位、氣缸裝置溫度發(fā)生劇烈變化以及過熱狀態(tài)下設(shè)備冷卻導(dǎo)致活塞被咬死卡住?；钊蛔擦淹怯杏参锶玳y片碎片、螺母等掉入氣缸內(nèi)與活塞不斷摩擦所導(dǎo)致的。當(dāng)活塞質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)有質(zhì)量時，也可能發(fā)生撞裂的情況。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述

2.1 在線監(jiān)控系統(tǒng)簡介

往復(fù)式壓縮機(jī)故障在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展一般公認(rèn)經(jīng)過三個階段，第一階段是單機(jī)診斷監(jiān)控系統(tǒng)，就是指一個監(jiān)控系統(tǒng)對應(yīng)單一的一臺設(shè)備。系統(tǒng)之間不存在信息交換，以一種封閉形式存在。第二階段是分布監(jiān)控診斷系統(tǒng)模式，在該階段監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)可以實現(xiàn)實時共享和檢測的功能，這極大地提高了故障檢測的效率。

19 世紀(jì)末網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，這使得遠(yuǎn)程在線故障監(jiān)控的愿景得以被實現(xiàn)，工作人員可以不論時間地點對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測?，F(xiàn)在，在線監(jiān)測系統(tǒng)具有信息采集全息化、狀態(tài)監(jiān)控連續(xù)化、數(shù)據(jù)處理實時化和故障診斷精密化等優(yōu)點，相對前兩代監(jiān)測系統(tǒng)有了很大提升。

2.2 故障監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為解決及時性和機(jī)組過多的問題，在線監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分布式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測。這就要求在檢測過程中需要多臺計算機(jī)同時工作，分別達(dá)到數(shù)據(jù)采集管理和監(jiān)測機(jī)械設(shè)備的作用。因此，在線監(jiān)測系統(tǒng)主要分為現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集工作站以及監(jiān)控分析站這三部分組成。圖1 是在線監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 在線監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

3 往復(fù)式壓縮機(jī)故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 監(jiān)控方案

要想達(dá)到理想的監(jiān)測效果，現(xiàn)場設(shè)備的安裝位置的準(zhǔn)確性不容忽視，根據(jù)長期的經(jīng)驗積累和總結(jié)，繪制出圖2 往復(fù)式壓縮機(jī)傳感器安裝位置示意圖。

圖2 往復(fù)式壓縮機(jī)傳感器安裝位置示意圖

3.2 故障在線監(jiān)控系統(tǒng)功能

（1）實時采集、處理、分析壓縮機(jī)運行狀態(tài)參數(shù)，真實反映壓縮機(jī)運行狀態(tài)，保證系統(tǒng)的正常工作，防止意外事故發(fā)生。

（2）采用vvvF 變壓變頻控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)能在節(jié)能的狀況下最優(yōu)運行。

（3）監(jiān)控電機(jī)、閥門及其他伺服元件的工作狀態(tài),對故障進(jìn)行顯示及報警。

（4）采集：檢測系統(tǒng)控制對象的溫度、壓力等參數(shù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢及故障追憶。

（5）對系統(tǒng)檢測參數(shù)進(jìn)行分析處理：預(yù)測系統(tǒng)狀態(tài)變化趨勢，對未來的運行趨勢進(jìn)行預(yù)報，對將要發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)警，并給出故障預(yù)處理方法及措施。

3.3 故障監(jiān)控系統(tǒng)實際應(yīng)用

往復(fù)式壓縮機(jī)運行中不論是氣閥損壞、活塞桿桿斷裂以及活塞環(huán)破裂，這些故障的監(jiān)測全是由對設(shè)備中的不同參數(shù)來確定的，這些參數(shù)一般包括熱力參數(shù)、流體的溫度壓力以及振幅頻率等。因此，在線監(jiān)控系統(tǒng)對這些參數(shù)具有一一對應(yīng)的監(jiān)控界面。

4 結(jié)語

往復(fù)式壓縮機(jī)的故障在線監(jiān)測系統(tǒng)能否起到理想的監(jiān)測功能，主要取決于設(shè)計人員是否對不同故障特征有所區(qū)分以及傳感器的選擇是否遵循其特征。本文通過對往復(fù)式壓縮機(jī)常出現(xiàn)的故障、故障發(fā)生的原因和表現(xiàn)進(jìn)行了具體說明，接著，對在線監(jiān)測系統(tǒng)的構(gòu)成、監(jiān)控方案以及功能應(yīng)用做了闡述。證明了在線監(jiān)控系統(tǒng)存在的必要性。