【壓縮機網(wǎng)】往復式壓縮機廣泛應用于石油化工領(lǐng)域，若設備發(fā)生故障將會(huì )嚴重影響上下游產(chǎn)品的正常生產(chǎn)，如何科學(xué)合理預測故障類(lèi)型是該領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向。本文主要論述了液化氣和干氣等瓦斯氣往復式壓縮機的故障特點(diǎn)與風(fēng)險評估，通過(guò)檢測故障特征來(lái)選擇報警和聯(lián)鎖信號，提醒操作人員采取緊急措施，避免發(fā)生爆炸和著(zhù)火等惡性傷人事故。本文研究成果能夠為類(lèi)似故障監測及診斷提供參考。

　　某公司工廠(chǎng)內運行著(zhù)不同型號的往復式壓縮機，介質(zhì)主要包括催化富氣、干氣、丙烯和火炬氣等，壓力從0.2 MPa到2.2 MPa，功率從15 kW到315 kW變化不等。由于工藝特點(diǎn)的需要，往復式壓縮機是工藝裝置的重點(diǎn)關(guān)鍵設備，但往復機組故障點(diǎn)多、故障成因復雜、線(xiàn)性性能差且無(wú)法提供有效的安全保護設施，導致設備故障率持續較高。某公司發(fā)生了多次頂缸、斷軸和氣閥斷裂等引起瓦斯大量泄漏的事故，由于操作人員在現場(chǎng)進(jìn)行了及時(shí)處理，避免了事故惡化。

　　隨著(zhù)操作人員的精簡(jiǎn)和遠程控制的推廣，壓縮機操作取消了專(zhuān)職人員和就近機房。以往通過(guò)眼睛和耳朵等感官來(lái)看和聽(tīng)故障情況，并通過(guò)人員快速處理來(lái)避免事故的運行方式，將很難保證機組安全運行。本文從壓縮機故障成因、風(fēng)險識別和監控方式的選擇來(lái)論述提高壓縮機安全性，采取有效的故障診斷方式是避免故障發(fā)生的主要措施。

　　往復式壓縮機的故障特點(diǎn)

　　往復式壓縮機故障可分為兩大類(lèi)，一類(lèi)是熱力性能故障，主要表現在排氣流量、壓力和溫度異常；另一類(lèi)是機組動(dòng)力性能故障，表現為振動(dòng)異常和噪聲。故障原因主要包括：潤滑不良;氣閥和活塞密封問(wèn)題；軸承、曲柄連桿機構、電機、基礎安裝和找正對中等機械部件故障;缸體、緩沖罐和管道等承壓部件泄漏;冷卻水和密封氣等冷卻隔離介質(zhì)異常。表1是壓縮機常見(jiàn)的故障現象、形成原因及導致的后果等。

　　報警聯(lián)鎖方案的選擇

　?。?）油壓和水壓聯(lián)鎖保護

　　在潤滑油主管路和循環(huán)水主管路設置壓力開(kāi)關(guān)檢測儀表，一旦壓力低于設定值，壓力開(kāi)關(guān)回路自動(dòng)閉合，儀表控制信號提供給電氣控制回路，觸發(fā)主開(kāi)關(guān)跳閘，實(shí)現壓縮機自動(dòng)切斷電源，機組自動(dòng)停機，確保機組安全停車(chē)。

　?。?）可燃氣體報警系統

　　在機組可能發(fā)生泄漏的周?chē)贾肨801點(diǎn)型可燃氣體探測器，當探測器檢測到最低爆炸下限以下的可燃氣體時(shí)，會(huì )輸出一個(gè)與氣體濃度成正比的4~20 mA標準電流信號，遠傳到DCS系統顯示可燃性氣體濃度。同時(shí)探測器也能輸出兩級報警繼電器和故障繼電器信號觸點(diǎn)，一旦機組發(fā)生故障，氣體泄漏超過(guò)設定濃度值時(shí)，能立即發(fā)生聲光報警，提醒操作人員及時(shí)處置。在設置可燃氣體探測器位置和數量時(shí)，一是要盡可能安裝在不同風(fēng)向均可檢測到的位置，二是離危險源較近的位置，如臨近加熱爐和配電房等非防爆設備區。

　?。?）電氣過(guò)流保護

　　按電機額定電流的1.05~1.2倍設置過(guò)電流保護，正常按1.1倍設置熱繼電器整定值。電源空氣開(kāi)關(guān)按額定電流的10~12倍，正常按10倍設定速斷保護。一旦機械或電氣發(fā)生故障，電機的運行電流超過(guò)保護設定值，利用熱繼電器反時(shí)限特性，電流越大，動(dòng)作時(shí)間越短。這樣既充分利用了電機的過(guò)載能力，防止因波動(dòng)引起誤動(dòng)，又確保了電機及壓縮機的過(guò)載保護。當電機電流達額定電流的10倍時(shí)，空氣開(kāi)關(guān)過(guò)電流速斷保護動(dòng)作，空氣開(kāi)關(guān)跳閘，實(shí)現壓縮機自動(dòng)切斷電源，機組自動(dòng)停機。

　?。?）排氣溫度、壓力工藝報警

　　將機組出口管路設置排氣溫度和排氣壓力檢測儀表，將信號遠傳到工藝操作DCS畫(huà)面，根據工藝操作參數的情況設置報警提示值，一旦超過(guò)設定值，DCS操作畫(huà)面發(fā)生聲光報警，提醒操作人員及時(shí)處置。

　　對于吸氣閥溫度、排氣閥溫度和電機軸承溫度等采用離線(xiàn)溫度監測;通過(guò)手持儀器，以紅外測溫和現場(chǎng)抄表的方式將信號采集到儀器中，再通過(guò)接入電腦聯(lián)網(wǎng)將數據傳送到數據庫中，由診斷系統來(lái)分析設備的運行狀態(tài)，對異常情況發(fā)出報警信號。

（5）振動(dòng)監測報警系統

　　往復式壓縮機運動(dòng)形式復雜，激勵源較離心壓縮機多，兼有旋轉運動(dòng)和往復運動(dòng)特征，同時(shí)還存在不平衡沖擊，從而導致了振動(dòng)信號比較復雜。往復式壓縮機的運動(dòng)原理是利用曲柄連桿機構將電機的旋轉運動(dòng)轉化為活塞的往復運動(dòng)，壓縮氣體做功，提高了氣體壓力，運行過(guò)程中將產(chǎn)生變向沖擊和變載沖擊，活塞對氣缸產(chǎn)生橫向沖擊。另外，氣閥開(kāi)閉的過(guò)程，閥片對閥體密封面也將產(chǎn)生沖擊，活塞在缸套中往復運動(dòng)，壓縮氣體時(shí)還將產(chǎn)生脈動(dòng)沖擊振動(dòng)。沖擊和振動(dòng)產(chǎn)生和累積極易損傷甚至破壞運動(dòng)部件，故急需對運動(dòng)部件進(jìn)行振動(dòng)監測。

　　振動(dòng)監測對吸/排氣閥的損壞、活塞環(huán)磨損、活塞桿填料函磨損、活塞桿導向環(huán)磨損、活塞桿下沉及裂紋、連桿十字頭磨損、連桿螺栓及十字頭螺栓松動(dòng)，各運動(dòng)連接件松動(dòng)以及運動(dòng)摩擦副的配合間隙等動(dòng)力性故障都有著(zhù)十分理想和有效的診斷效果。

　　無(wú)線(xiàn)振動(dòng)監測技術(shù)及安全預警

　　近年來(lái)，無(wú)線(xiàn)振動(dòng)監測技術(shù)得到了快速發(fā)展，較之于有線(xiàn)監測技術(shù)，省去了在設備上方鋪設鋼管以及設備周邊布置信號線(xiàn)等繁瑣工序，施工簡(jiǎn)單，成本低，且設備周邊無(wú)線(xiàn)纜。傳感器體積小巧，裝拆方便，也便于日后的維護和保養。獲得完整的振動(dòng)監測信號能夠有效地識別故障特征，從而減少誤判，因此，監測信號的完整性對振動(dòng)監測是至關(guān)重要的。根據往復壓縮機的結構形式，并結合其常見(jiàn)的故障部位及故障類(lèi)型，對十字頭滑道箱壁、曲軸箱體和電機軸承座進(jìn)行無(wú)線(xiàn)振動(dòng)監測。將監測信號接入監控診斷系統，設置報警值，實(shí)現聲光報警。

　　為避免備機不運行時(shí)，傳感器出現閑置狀態(tài)而導致的資產(chǎn)閑置，我們采用主機和備機共用傳感器，可較好地節約投資及維護成本。此方案基于無(wú)線(xiàn)監測器無(wú)線(xiàn)纜纏繞且裝拆簡(jiǎn)便快捷的特點(diǎn)，制定了傳感器平移策略。將主機與備機的測點(diǎn)布置完全一致，待主、備機切換時(shí)，只需將主機傳感器拆下，平移到備機上運行即可。同時(shí)將軟件系統中傳感器與設備測點(diǎn)的一對一關(guān)系修改為一對多，即同一傳感器可同時(shí)對應運行機組和備用機組的測點(diǎn)，測點(diǎn)布置如圖1所示。如果現場(chǎng)運行機組與備用機組切換，儀表運維人員首先在現場(chǎng)將傳感器平移，然后在軟件系統中執行“平移”操作，一鍵切換傳感器的對應關(guān)系，以保證狀態(tài)數據的正確對應，從而解決備用機組無(wú)法監測的問(wèn)題。這樣既保證了運行設備能夠有效監測，也大大降低了監測成本。

　　以上述方式在壓縮機上安裝振動(dòng)傳感器，以無(wú)線(xiàn)的方式將信號傳入網(wǎng)關(guān)，信號在網(wǎng)關(guān)中經(jīng)過(guò)轉換處理及壓縮后，通過(guò)光纖或網(wǎng)線(xiàn)將數據傳送到機泵智能監測軟件系統的數據庫中。而壓力和溫度，則是通過(guò)手持儀器，以紅外測溫和現場(chǎng)抄表的方式將信號采集到儀器中，再通過(guò)接入電腦聯(lián)網(wǎng)將數據傳送到數據庫中。數據一旦進(jìn)入數據庫，既可通過(guò)網(wǎng)頁(yè)來(lái)進(jìn)行瀏覽、查看與分析設備的運行狀態(tài)。而且對于設備異常信息，系統也可以通過(guò)短信平臺來(lái)發(fā)送報警短信，以使及時(shí)通知相關(guān)負責人，保證所有的異常都能第一時(shí)間進(jìn)行響應和處理。對于中控室人員，也可以使用聲光報警系統，保證24h隨時(shí)通知與響應。

　　此報警聯(lián)鎖保護方案中包括了振動(dòng)、溫度、壓力、介質(zhì)濃度和電機電流5種類(lèi)型的數據。其中振動(dòng)的常規采集策略是5 min一組總值，2h一組振動(dòng)波形數據(如圖2所示)，且傳感器會(huì )根據設備的運行狀態(tài)智能調整采集策略。當振動(dòng)值上升到設定值或趨勢角度大于設定值時(shí)，傳感器會(huì )打破2h的采集規律，立即采集振動(dòng)波形數據上傳至數據庫以觸發(fā)報警并作為分析依據，且2 h的波形采集周期也會(huì )自動(dòng)縮短至1h或30min。當振動(dòng)值恢復正常后，采集周期也會(huì )隨之恢復正常，這是采集的智能型(見(jiàn)圖3所示)。電流、油壓和水壓等采取連續監測方式，一旦超過(guò)設定值，即迅速發(fā)生響應。技術(shù)人員可以通過(guò)報警原因進(jìn)行分析判斷，對振動(dòng)報警還可以進(jìn)行頻譜分析和歷史趨勢記錄分析產(chǎn)生故障的原因，來(lái)采取有效的防范措施，采取針對性檢修策略，準確消除故障部位。