一、機組概述

　　【壓縮機網(wǎng)】某公司K-302AB往復式壓縮機是60萬(wàn)噸/年柴油加氫裝置PSA解析氣壓縮機設備。屬于四列二級壓縮，型號為4M20-198/0.1-6.5型，水冷式、M型氣體壓縮機。本機為少油潤滑設計，每列氣缸都設置了活塞桿下沉監測報警裝置。其整體結構簡(jiǎn)圖可參看下圖。

　　主要技術(shù)規范：

　　二、活塞桿下沉監測裝置基本原理

　　本機活塞桿下沉監測裝置是某品牌的電渦流位移傳感器，它是一種非接觸式的電磁探頭，通過(guò)監測探頭與活塞桿監測面的位移變化，監測出活塞桿的下沉量。電渦流位移變送器是采用電渦流探頭+延長(cháng)電纜+前置變送器組成，輸出標準的4-20mA信號，防爆等級為iaIICT4，前置變送器放置在現場(chǎng)防爆接線(xiàn)箱內，接線(xiàn)箱放置在壓縮機附近，再從接線(xiàn)箱接線(xiàn)至DCS，用來(lái)顯示和報警。本機四列缸在每個(gè)填料函安裝法蘭盤(pán)上面安裝了1個(gè)電渦流位移傳感器用于監測各級活塞桿的下沉量，如左圖所示。

　　支承環(huán)磨損后會(huì )引起活塞桿會(huì )產(chǎn)生下沉，這會(huì )導致傳感器探頭與活塞桿之間的間隙發(fā)生變化。當檢測探頭頂部的線(xiàn)圈加上高頻電流與導電表面靠近時(shí)，由于線(xiàn)圈磁力線(xiàn)的作用，使導電物體表面產(chǎn)生渦流，從而使線(xiàn)圈的電感量減小。線(xiàn)圈特性的這個(gè)變化被轉換成直流電壓信號輸出，通過(guò)傳感器測定的活塞桿下沉量可以計算出支承環(huán)的磨損量，活塞桿下沉量與支承環(huán)的磨損量成正比例關(guān)系。

　　三、故障發(fā)生過(guò)程

　　2024年1月15日K-302A出現一級一列活塞下沉量報警，達到0.65mm?，F場(chǎng)切機后停電。拆開(kāi)中間接筒側蓋后檢查，從填料函端蓋可以看出，填料磨損嚴重，證明活塞支撐環(huán)已經(jīng)磨損嚴重?；钊鲁?，氣缸中磨損的粉末也將導致填料磨損加劇惡化。拆檢后發(fā)現，活塞支撐環(huán)活塞環(huán)已磨損，活塞和氣缸已輕微拉缸。閥窩氣道里發(fā)現大量不銹鋼濾網(wǎng)碎片。進(jìn)一步檢查壓縮機入口濾網(wǎng)，濾網(wǎng)只剩固定架筒，濾網(wǎng)已抽扁帶走進(jìn)入氣缸。最終導致支撐環(huán)活塞環(huán)異常磨損，觸發(fā)報警。根據現場(chǎng)狀況，又檢查了一級二列，雖然沒(méi)有報警，但活塞支撐環(huán)也已經(jīng)磨損，同樣氣缸內、閥窩里都有破損的濾網(wǎng)碎片。

　　根據這次突發(fā)故障，顯示壓縮機活塞下沉量監測沒(méi)有及時(shí)報警，運行時(shí)位移值有波動(dòng)，但沒(méi)有超過(guò)報警值，沒(méi)有引起重視。當觸發(fā)報警時(shí)，已經(jīng)損壞嚴重了?；诖?，對本機的活塞下沉量監測做進(jìn)一步分析。

　　本機一級和二級活塞桿下沉量報警值設定為：

　　四、活塞桿下沉量的計算

　　計算之前需要壓縮機機組的一些特定的參數，包括壓縮機的行程、活塞及活塞桿的長(cháng)度、連桿中心距、傳感器的監測位置等。根據隨機資料，簡(jiǎn)圖如下：

　　計算活塞支撐環(huán)磨損的物理模型及方法（見(jiàn)下圖），在行業(yè)中廣泛應用，是一種簡(jiǎn)單普遍的計算評測方式。

　　設定：

　　L1—傳感器的監測中心與十字頭中心的距離

　　L2—傳感器的監測中心與活塞中心的距離

　　A為活塞支撐環(huán)實(shí)際磨損量

　　B為電渦流傳感器測量的沉降值

　　首先測量十字頭和支撐環(huán)（活塞中心）到傳感器的長(cháng)度Ｌ1、Ｌ2，通過(guò)電渦流傳感器測量活塞桿下沉數值Ｂ，通過(guò)相似三角形原理，計算公式如下：

　　計算得到支撐環(huán)實(shí)際磨損量

　　根據簡(jiǎn)圖和計算模型：

　　五、檢查分析

　　本機活塞圖紙如下：

　　由圖可看出，活塞支撐環(huán)磨損極限值3mm，基本屬于拉缸狀態(tài)。

　　結合本次磨損和報警設置，報警設置有偏差。使用過(guò)程中的注意事項應考慮：

　　在進(jìn)行活塞桿下沉報警值和聯(lián)鎖停機值的設置時(shí)，要注意考慮一定的誤差范圍。因為在監測過(guò)程中，主要有2個(gè)方面可能會(huì )影響監測精度，造成監測誤差：

　?、倩钊麠U在壓縮機往復運動(dòng)中可能產(chǎn)生的輕微彎曲；

　?、谟捎谑诸^與十字頭滑道中存在間隙，所以在往復運動(dòng)中，十字頭會(huì )有微小幅度的上下運動(dòng)。

　　活塞桿的材質(zhì)和表面涂層對電渦流傳感器的工作特性曲線(xiàn)有非常大的影響。本機活塞桿噴涂陶瓷涂層，所以在使用傳感器進(jìn)行壓縮機運行情況監測時(shí)，首先一定要對傳感器的曲線(xiàn)進(jìn)行標定。當壓縮機機組運行一段時(shí)間后，活塞在氣缸中的位置會(huì )因熱膨脹而有些許的變化。因此當壓縮機機組在現場(chǎng)進(jìn)行額定工況負載運行4小時(shí)以上后，應重新對監測位置進(jìn)行歸零調整。

　　本機組安裝說(shuō)明里有關(guān)：

　?、虐惭b氣缸組件，通過(guò)氣缸支撐底板上的調整螺釘，可調整氣缸的水平。

　?、茟箽飧鬃鏊交驈较蛭灰?，或刮研接筒與氣缸止口處連接平面進(jìn)行調整，不得采用加偏墊或施加外力的辦法來(lái)強制調整，壓縮機安裝時(shí)應以活塞桿冷態(tài)下水平、垂直徑向跳動(dòng)允許值做為驗收依據。

　?、撬秸艺龝r(shí)，應在氣缸鏡面上用水平儀進(jìn)行測量，其水平度偏差不得超過(guò)0.05mm/m，其傾斜方向應與十字頭滑道傾斜方向一致。

　　所以?xún)x表專(zhuān)業(yè)在安裝調校傳感器時(shí)應聯(lián)合動(dòng)設備，消除一些因素的干擾。諸如十字頭滑履間隙，滑履在過(guò)止點(diǎn)后向上還是向下的受力?；钊麠U在垂直方向冷態(tài)跳動(dòng)值最大時(shí)活塞桿的運動(dòng)位置會(huì )受氣缸水平度影響。

　　至今，國內大多數大型往復壓縮機活塞桿上部或下部加裝了電渦流傳感器，來(lái)監測數據變化，已有很多專(zhuān)家學(xué)者對機組故障特征提取做了大量的研究工作，并在實(shí)踐中得到廣泛應用。美國石油協(xié)會(huì )在2007年頒發(fā)的API618[1]標準6.3.1和C.3.3中明確提到“臥式往復壓縮機活塞桿水平和垂直冷態(tài)徑向跳動(dòng)偏差范圍在行程的±0.015%之內”“盤(pán)車(chē)試驗刻度盤(pán)指示器活塞桿水平(側向)徑向跳動(dòng)不應超過(guò)0.064mm，不考慮行程長(cháng)度”“考慮到可能造成輕微平行偏移或角偏差的所有零件的幾何和配合公差，加上或減去行程許用限值的±0.015%”。同時(shí)，該標準中圖C-4對活塞桿重力產(chǎn)生的撓度在千分表處的幾何變形進(jìn)行了專(zhuān)利計算；標準中C.4.5還提到“在正確對中條件下并無(wú)活塞桿下沉,垂直活塞桿徑向跳動(dòng)非常接近一個(gè)成比例的直角三角形關(guān)系”，其公式如下：

　　該模型公式未考慮十字頭滑履磨損，因此與實(shí)際情況存在一定偏差。無(wú)論是美國API規定，還是國家標準、行業(yè)標準，在實(shí)際應用過(guò)程中，總有些偏差。安裝精度、制造精度、測量偏差、信號傳輸精度，最終都將導致偏差的產(chǎn)生，這將促使我們須結合自身機組和每次檢修，統計作出最接近實(shí)際情況的計算模型，以便設置最適宜的報警參數。

　　參考文獻

　　[1]API618-石油、化學(xué)和氣體工業(yè)設施用往復壓縮機.美國石油學(xué)會(huì ),2007.

　　[2]郁永章.容積式壓縮機技術(shù)手冊[M].北京:機械工業(yè)出版社,2005.