趙佳

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

石化企業(yè)中的離心壓縮機(jī)組應(yīng)用廣泛，而該設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)與工作性能將會(huì)直接影響企業(yè)的工作質(zhì)量，對(duì)社會(huì)效益與實(shí)際收益造成影響，這就需要通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及時(shí)挖掘出離心壓縮機(jī)組含有的隱蔽性隱患，不斷抽取并分析歷史數(shù)據(jù)，建立分析模型，降低設(shè)備機(jī)組的運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)，控制機(jī)組的劣化趨勢(shì)，降低非計(jì)劃停工情況的出現(xiàn)概率與維修費(fèi)用。

1 石化離心壓縮機(jī)組在線監(jiān)測(cè)的意義

很多石化企業(yè)可以通過運(yùn)用離心壓縮機(jī)組來降低生產(chǎn)成本，節(jié)省人力資源，提高產(chǎn)量與生產(chǎn)品質(zhì)，降低廢棄物排放，從而滿足現(xiàn)代化工業(yè)的各項(xiàng)生產(chǎn)需求，而在這種離心壓縮機(jī)組的運(yùn)用中，由于內(nèi)部轉(zhuǎn)子高速運(yùn)轉(zhuǎn)，軸位移、軸振動(dòng)等容易引發(fā)較高隱蔽性的故障，還會(huì)造成一系列連鎖反應(yīng)，例如，生產(chǎn)線被迫停車、非計(jì)劃階段停工等情況，影響企業(yè)的整體發(fā)展，這就需要維護(hù)離心壓縮機(jī)組的運(yùn)行穩(wěn)定性，確保其處于良好的工作狀態(tài)內(nèi)。

當(dāng)前，石化企業(yè)運(yùn)用較多的是美國(guó)ELLIOTT公司生產(chǎn)的KR6534或RB288等離心壓縮機(jī)，而機(jī)組系統(tǒng)的顯示屏幕卻難以反饋出系統(tǒng)內(nèi)在的且具有瞬時(shí)性的振動(dòng)波形變化，也難以顯示電流的穩(wěn)態(tài)信號(hào)，因此，難以檢測(cè)出系統(tǒng)內(nèi)蘊(yùn)含的故障，為此就需要在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，降低安全操作隱患，做到實(shí)時(shí)的在線監(jiān)測(cè)，讓工作人員可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存在的問題，一旦發(fā)生問題，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以自動(dòng)記錄完整的異常情況，為事后修復(fù)與分析提供便利，還可以記錄下系統(tǒng)內(nèi)高速轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)過程及電流穩(wěn)態(tài)信號(hào)，為維修工作提供依據(jù)，幫助工作人員全面了解設(shè)備性能。

2 石化離心壓縮機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

離心壓縮機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過虛擬儀器技術(shù)，利用計(jì)算機(jī)對(duì)離心壓縮機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，記錄機(jī)組運(yùn)行的全部工況，并向工作人員直觀展現(xiàn)。這種虛擬儀器還具備虛擬面板，兼容性較高的端口可擴(kuò)展儀器功能，并通過硬件資源、儀器檢測(cè)、控制軟件等進(jìn)行數(shù)據(jù)分析及通訊處理，擁有較高的運(yùn)行效率，將傳統(tǒng)的硬件檢測(cè)儀器向虛擬軟件的方向進(jìn)行轉(zhuǎn)變，打破檢測(cè)設(shè)備與計(jì)算機(jī)之間的屏障，而企業(yè)用戶也不需要購(gòu)買多臺(tái)檢測(cè)設(shè)備，僅需要在原有的設(shè)備上進(jìn)行功能擴(kuò)展，連接虛擬檢測(cè)軟件，增強(qiáng)功能，相較以往，也降低了企業(yè)的檢測(cè)成本。

而這項(xiàng)虛擬儀器技術(shù)還運(yùn)用了美國(guó)NI公司的Labview平臺(tái)軟件，可通過變編譯型圖形化編程，兼容多種功能模塊，并將各個(gè)功能模塊進(jìn)行串聯(lián)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與互通，允許多個(gè)數(shù)據(jù)通道同時(shí)運(yùn)行，還可以將某個(gè)模塊設(shè)定為其他模塊的子程序，將一個(gè)復(fù)雜的檢測(cè)任務(wù)分解成多層次的子任務(wù)，再運(yùn)用框架圖組合功能，合并處理檢測(cè)任務(wù)，簡(jiǎn)化工作流程，提升系統(tǒng)運(yùn)行效率。

與傳統(tǒng)檢測(cè)工作相比，這種運(yùn)用虛擬儀器技術(shù)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可讓使用者對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行自定義，功能性強(qiáng)大，擁有廣闊的使用途徑，特別是在測(cè)量、開發(fā)、檢測(cè)、計(jì)算、監(jiān)控等可與示波器、邏輯分析設(shè)備、頻譜儀等相結(jié)合，發(fā)揮更高的性能，再加上擁有簡(jiǎn)約易于操作的圖形化界面，更是降低了操作門檻，使用者不需要經(jīng)過過于復(fù)雜的培訓(xùn)，就可以上手操作，降低了原本數(shù)據(jù)收集與處理分析的工作強(qiáng)度，同時(shí)，傳統(tǒng)檢測(cè)儀器較為龐大，在多數(shù)據(jù)并行測(cè)量檢測(cè)時(shí)極為復(fù)雜，線纜與待測(cè)儀器都會(huì)增加工作難度，然而，通過這種集成化的虛擬檢測(cè)系統(tǒng)，會(huì)大幅度為工作人員提供便利，降低操作成本與檢測(cè)時(shí)間，其發(fā)展前景十分廣闊。

3 石化離心壓縮機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)通過虛擬儀器技術(shù)對(duì)離心壓縮機(jī)組的運(yùn)行工況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，并可利用Labview平臺(tái)軟件進(jìn)行開發(fā)，該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的前面板采用按鈕進(jìn)行功能選擇，也可以搭載觸摸屏幕，而內(nèi)部的數(shù)據(jù)分析模塊則可對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行采集與分析，還包括時(shí)域分析、幅值譜分析、普平均分析、坐標(biāo)選擇、軸心軌跡記錄、周新位置分析、歷史趨勢(shì)分析等，為故障檢測(cè)提供了詳盡的依據(jù)。

離心壓縮機(jī)組內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能繁多，很多信號(hào)都具備停機(jī)保護(hù)，為此面對(duì)繁重的監(jiān)測(cè)任務(wù)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還應(yīng)具備多任務(wù)處理能力，可通過分布式結(jié)構(gòu)結(jié)合各類子系統(tǒng)，依托智能計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，為離心壓縮機(jī)組構(gòu)建企業(yè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，并連接各個(gè)車間、施工現(xiàn)場(chǎng)、分廠與總公司，因此，還應(yīng)具備諸如通信功能、分析功能、整合功能、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸功能等多種功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)性檢測(cè)，并精準(zhǔn)提供故障診斷信息，向各部門、各層級(jí)管理人員發(fā)送監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)信息的完整性與安全性，確保不出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。同時(shí)，應(yīng)通過數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行連接，并將各類歷史記錄與啟停機(jī)數(shù)據(jù)相互比對(duì)，自動(dòng)判斷運(yùn)行狀態(tài)是否正常以及是否需要發(fā)送報(bào)警信號(hào)，而由于系統(tǒng)具備數(shù)字化處理技術(shù)，還可以及時(shí)向工作人員提供設(shè)備運(yùn)行的各項(xiàng)參數(shù)與正常參數(shù)比對(duì)圖譜，方便企業(yè)管理人員在任意時(shí)間與地點(diǎn)進(jìn)行設(shè)備狀態(tài)管理。

3.2 電渦流傳感器

電渦流傳感器是一項(xiàng)系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，擁有較高的靈敏度與適用性，頻率范圍與抗干擾能力相比傳統(tǒng)傳感器也有著較大的提升，可將機(jī)械振動(dòng)情況向電信號(hào)轉(zhuǎn)化，為此在設(shè)計(jì)中，就需要合理安排電渦流傳感器的位置與安裝質(zhì)量，確?？梢酝暾孬@取到轉(zhuǎn)子振動(dòng)信息，該元件通過頭部探頭探測(cè)離心壓縮機(jī)組振動(dòng)間隙變化測(cè)量轉(zhuǎn)子振動(dòng)與軸位移的關(guān)系，而不需要與離心壓縮機(jī)組直接接觸，且擁有10kHz的頻率范圍，可測(cè)量高頻率的轉(zhuǎn)子振動(dòng)位移或靜止位置，觀測(cè)轉(zhuǎn)子與機(jī)殼振動(dòng)情況，所呈現(xiàn)波形簡(jiǎn)潔直觀，且抗干擾能力強(qiáng)，為后續(xù)觀察分析提供便利。

電渦流傳感器在監(jiān)測(cè)工作中還應(yīng)注意找平與離心壓縮機(jī)組的間隙，工作人員需要在平均間隙中考慮到機(jī)殼振動(dòng)間隙，否則，將會(huì)由于振動(dòng)間隙不足而降低監(jiān)測(cè)值的準(zhǔn)確性，為了避免波形失真與測(cè)量誤差，普遍會(huì)在平均間隙上空余出3cm的空間，確保平均間隙的兩邊保持最大動(dòng)態(tài)幅度，而不會(huì)與機(jī)殼發(fā)生誤接觸，同時(shí)，還應(yīng)注意傳感器的探頭部位應(yīng)與其他導(dǎo)體保持一定距離，避免傳感器端部線圈的磁通受到其他導(dǎo)體的干擾，從而改變傳感器探頭線圈與機(jī)殼之間的耦合狀態(tài)，同時(shí)，還應(yīng)考慮離心壓縮機(jī)組本身材質(zhì)，注意導(dǎo)電性與導(dǎo)溫性，降低測(cè)量誤差。

3.3 模擬信號(hào)調(diào)理模塊

模擬信號(hào)調(diào)理模塊也是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要元件，該元件可提升數(shù)字測(cè)量信號(hào)的準(zhǔn)確性，并確保數(shù)字通道內(nèi)信號(hào)數(shù)據(jù)的完整，還起到保護(hù)測(cè)量系統(tǒng)的作用，避免在測(cè)量過程中受到過多的外界因素干擾而為測(cè)量結(jié)果造成影響，降低外界對(duì)系統(tǒng)元件的損害，發(fā)揮保護(hù)作用。信號(hào)調(diào)理元件還擁有較強(qiáng)的抗噪聲能力，通過輸出輸入端口保護(hù)、信號(hào)電源隔離、信號(hào)放大、濾波器、激勵(lì)器等為系統(tǒng)與傳感器提供精準(zhǔn)性保障。此外，在運(yùn)用中，模擬信號(hào)調(diào)理模塊還會(huì)在系統(tǒng)與機(jī)殼形成空余空間，保障操作人員的安全，并降低由于共模而形成的測(cè)量誤差，特別是在充滿電氣噪聲或其他信號(hào)干擾因素的環(huán)境中，可發(fā)揮抗干擾能力，消除干擾噪聲以及來自電源、電動(dòng)機(jī)等設(shè)備的干擾，提高數(shù)據(jù)采集結(jié)果的精準(zhǔn)性，還包括系統(tǒng)過壓保護(hù)等功能，確保系統(tǒng)不會(huì)受到異常電流造成的影響，從而減少系統(tǒng)的糾錯(cuò)時(shí)間，提升監(jiān)測(cè)工作效率。

3.4 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊可完成信號(hào)采集、數(shù)據(jù)處理、信息存儲(chǔ)與傳輸?shù)裙ぷ?，也是在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的核心部位，由于美國(guó)NI公司為L(zhǎng)abview平臺(tái)軟件提供了充分的Data Acquisition函數(shù)與邏輯編碼，為此在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中也不需要工作人員進(jìn)行過多調(diào)節(jié)，可直接投入使用。數(shù)據(jù)采集模塊在運(yùn)用中還擁有較高的兼容性，可對(duì)各類型數(shù)據(jù)通道的采樣點(diǎn)數(shù)與采樣頻率相適應(yīng)，獲得更廣泛的數(shù)據(jù)。此外，Labview下的軟件還具備數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳輸功能，可充分發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的效用，例如，可通過動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)交換等技術(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸時(shí)間，提升數(shù)據(jù)運(yùn)算效率，方便計(jì)算機(jī)、局域網(wǎng)及各車間監(jiān)測(cè)系統(tǒng)相互連接與數(shù)據(jù)交換。而數(shù)據(jù)采集模塊還具備歷史情況分析與報(bào)表編制等功能，可通過本地系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，就算在離線狀態(tài)下也可以完成監(jiān)測(cè)工作，聯(lián)網(wǎng)后則可將本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)，由服務(wù)器對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與存儲(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)組故障與歷史異常情況的比對(duì)，并為工作人員呈現(xiàn)出簡(jiǎn)潔的報(bào)表，方便機(jī)組故障處理。

3.5 監(jiān)測(cè)分析模塊

監(jiān)測(cè)分析模塊可對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊所分析出的異常數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，發(fā)揮著報(bào)警作用，工作人員可通過該模塊及時(shí)了解機(jī)組的異常狀況。監(jiān)測(cè)分析模塊可被安裝在任意主機(jī)上，只需要連通網(wǎng)絡(luò)，就可以變成自動(dòng)化分析站，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)的識(shí)別。

監(jiān)測(cè)分析模塊包括正常監(jiān)測(cè)、數(shù)據(jù)分析與趨勢(shì)分析等功能，正常監(jiān)測(cè)可隨時(shí)顯示系統(tǒng)工況，例如，軸承振動(dòng)信號(hào)若出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)就會(huì)根據(jù)系振幅進(jìn)行報(bào)警，數(shù)據(jù)分析則可通過頻域分析、時(shí)域分析、軌跡分析、振幅分析、機(jī)組啟停狀態(tài)等判斷機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，而趨勢(shì)分析則是可根據(jù)設(shè)備一段時(shí)間的運(yùn)行狀態(tài)，判斷機(jī)組是否存在劣化趨勢(shì)，并與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的其他機(jī)組運(yùn)行數(shù)據(jù)相互比對(duì)，再通過向數(shù)據(jù)采集模塊進(jìn)行回傳，獲取異常情況信號(hào)后直接發(fā)出報(bào)警信號(hào)，發(fā)揮在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)探測(cè)效能。

4 石化離心壓縮機(jī)組在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 檢測(cè)機(jī)組不對(duì)中問題

離心壓縮機(jī)組在運(yùn)行中常常會(huì)由于各項(xiàng)隱患故障而影響整體運(yùn)行，對(duì)石化企業(yè)的生產(chǎn)及人員安全造成威脅，而通過在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的運(yùn)用，則可以有效發(fā)現(xiàn)機(jī)組設(shè)備存在的問題。機(jī)組不對(duì)中問題是在設(shè)備安裝后，內(nèi)部轉(zhuǎn)子的軸線并未與延長(zhǎng)線相互重合，這種情況將會(huì)導(dǎo)致一些大型離心壓縮機(jī)內(nèi)部出現(xiàn)電動(dòng)機(jī)與增速器相互產(chǎn)生誤差、輸出齒輪軸的耦合性較差等問題，造成較為嚴(yán)重的事故，在不對(duì)中問題發(fā)生時(shí)，內(nèi)部聯(lián)軸的振動(dòng)會(huì)產(chǎn)生徑向與軸向的振動(dòng)，從而引起遠(yuǎn)離連接軸的振動(dòng)，而在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)則可通過虛擬儀器的探頭，測(cè)量機(jī)殼振動(dòng)頻率，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫(kù)與往期振動(dòng)頻率相互比對(duì)，檢測(cè)是否存在振動(dòng)方面的差異，直接就可判斷出是否存在機(jī)組不對(duì)中的問題，因此，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)應(yīng)用中，可及時(shí)通過振動(dòng)發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題，確保機(jī)組設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定。

4.2 檢測(cè)轉(zhuǎn)子不平衡問題

離心壓縮機(jī)組運(yùn)作中內(nèi)部轉(zhuǎn)子會(huì)高速回轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子不平衡問題則是離心壓縮機(jī)組常見的異響故障情況，通過傳統(tǒng)檢測(cè)方式很難被觀測(cè)到，而這種不平衡情況就算在設(shè)備安裝中對(duì)轉(zhuǎn)子進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，依然難以完全避免，在使用中很容易出現(xiàn)，一方面，是由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)行中自動(dòng)產(chǎn)生的不平衡；另一方面，是由于轉(zhuǎn)子在運(yùn)輸途中產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致變形或彎曲，使轉(zhuǎn)子的重心與設(shè)計(jì)之初產(chǎn)生偏離情況，將會(huì)引起機(jī)組明顯的振動(dòng)情況。應(yīng)對(duì)這種故障，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可分析機(jī)組的頻譜值，判斷是否與常規(guī)振動(dòng)存在較大的偏差，同時(shí)，若軸心軌跡呈現(xiàn)出橢圓形，其他測(cè)點(diǎn)也有所增大，而頻率成分幅值卻較低，為此就可推斷出系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)子不平衡問題，檢修人員也可以在維修中進(jìn)行動(dòng)平衡實(shí)驗(yàn)，并比對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。

4.3 檢測(cè)機(jī)械松動(dòng)問題

機(jī)械松動(dòng)也是離心式壓縮機(jī)在運(yùn)作中的一項(xiàng)故障情況，可通過在線檢測(cè)系統(tǒng)測(cè)量到。機(jī)械松動(dòng)包括結(jié)構(gòu)性行動(dòng)與轉(zhuǎn)動(dòng)部件松動(dòng)，其中會(huì)由于安裝過程中不牢靠、底座損壞或零件脫落等因素引起，而機(jī)械松動(dòng)故障同樣具有屬于自己的頻譜表現(xiàn)，在徑向振動(dòng)或垂直振動(dòng)較強(qiáng)時(shí)，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)就可以通過頻譜分析判斷出故障情況及發(fā)生松動(dòng)的部位，就算軸向振動(dòng)幅度較小，也可以通過高精度探頭探測(cè)到異常振動(dòng)情況，再結(jié)合時(shí)域分析，對(duì)比往期數(shù)據(jù)庫(kù)，就可以測(cè)得離心壓縮機(jī)組內(nèi)部出現(xiàn)的故障情況，為后續(xù)的檢修及故障預(yù)防等工作提供便利。

5 結(jié)語

總而言之，離心壓縮機(jī)組的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是一項(xiàng)功能較多、適用性較強(qiáng)、精準(zhǔn)性較高的機(jī)組工況運(yùn)行監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)反饋機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)，分析機(jī)組故障問題，為事故預(yù)防、故障修復(fù)等工作提供便利，系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)做好電渦流傳感器、模擬信號(hào)調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)測(cè)分析模塊等方面的設(shè)計(jì)與安裝，通過實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，可檢測(cè)到離心壓縮機(jī)組的不對(duì)中、轉(zhuǎn)子不平衡以及機(jī)械松動(dòng)等問題，為機(jī)組設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。