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大型往复式压缩机的状态监测与诊断.pdf

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大型往复式压缩机的状态监测与诊断.pdf

2010年第4期PIPELINETECHNIQUEANDEQUIPMENT2010NO14收稿日期20090807收修改稿日期20100308大型往复式压缩机的状态监测与诊断陈峰,纪琳,林振宇,蒋云飞,曹玉伟中国石油天然气股份有限公司独山子石化分公司,新疆克拉玛依833600摘要大型往复式压缩机是石化装置的重要设备,由于结构复杂,易损部件多,运行中安全可靠性要求比较高。采用先进的往复式压缩机故障诊断方法,是保证压缩机长周期安全运行的关键。分析了往复压缩机的常见故障模式,介绍了往复式压缩机监测及故障诊断方法,根据某石化公司往复式压缩机运行现状,针对监测与诊断体系的建立提出了一些建议,并取得了很好的效果。关键词往复式压缩机;状态监测;故障诊断;设备管理中图分类号TE9文献标识码B文章编号10049614201004002503LARGE2SCALERECIPROCATINGCOMPRESSORMONITORINGANDDIAGNOSISCHENFENG,JILIN,LINZHEN2YU,JIANGYUN2FEI,CAOYU2WEIDUSHANZIPETROCHEMICALCOMPANYOFCHINANATIONALPETROLEUMCORPORATION,KARAMAY833600,CHINAABSTRACTALARGE2SCALERECIPROCATINGCOMPRESSORISANIMPORTANTPARTOFPETROCHEMICALPLANTEQUIPMENTDUETOTHECOMPLEXSTRUCTUREOFTHEEQUIPMENTANDTHENUMBEROUSNESSOFQUICK2WEARPARTS,THEEQUIPMENTSAFETYANDRELIABILITYMUSTBEHIGHERTOES2TABLISHTHEEQUIPMENTMONITORSANDTHEFAULTDIAGNOSTICSYSTEMANDTOENSURETHELONG2TERMSAFEOPERATIONOFTHECOMPRESSOR,THEKEYISTHEUSEOFADVANCEDMETHODSFORAFAULTDIAGNOSISOFRECIPROCATIONCOMPRESSORSTHERECIPROCATINGCOMPRESSOROFTHECOMMONFAILUREMODE,ASWELLASMONITORINGANDFAULTDIAGNOSISMETHOD,ISANALYZEDINACCORDANCEWITHTHEOPERATIONALCONDITIONOFTHERE2CIPROCATINGCOMPRESSORFORAPETROCHEMICALCOMPANY,ANUMBEROFRECOMMENDATIONSHAVEBEENMADEWITHGOODRESULTSOBTAINEDFORTHEMONITORINGANDDIAGNOSISSYSTEMKEYWORDSRECIPROCATINGCOMPRESSOR;MONITORING;DIAGNOSIS;FACILITYMANAGEMENT1往复式压缩机故障模式与诊断方法11往复式压缩机的常见故障往复式压缩机的故障根据特征可分为两大类1一类是带有流体性质的,属于机器热力性能故障,其主要表征是排气量不足,压力、温度异常,为热力故障模式;另一类是带有机械性质的,属于机器动力性能故障,主要表征是振动异常、噪声,为动力故障模式。表1为往复式压缩机诊断模块诊断项目表。12往复式压缩机的故障诊断方法针对上述主要故障,利用多种方法进行故障的判别与定位,从而提高故障诊断的准确性2。121润滑油监测正常磨损的趋势监测可用光谱分析,异常时润滑油中所含的磨粒用铁谱进行跟踪。油液法用于监测曲轴箱内运动机构的磨损状况,是较理想的辅助手段。122温度监测对于一些热力性故障,温度监测是优先采用的方法。但必须有别的方法配套使用。123压力监测绘制出压力变化过程曲线或示功图,和正常情况下的曲线进行比较,将很容易判别气阀和活塞组件的故障情况。124振动监测诊断吸、排气阀损坏,活塞环磨损,活塞杆填料函磨损,活塞杆导向环磨损,活塞杆下沉及裂纹,连杆十字头磨损,连杆螺栓及十字头螺栓松动、各运动连接件的松动、运动摩擦副的配合间隙等动力性故障,振动监测是比较理想和有效的。125位移监测通过监测活塞杆的下沉量,了解活塞环、填料函、十字头滑块的磨损状况的同时,间接了解活塞杆组件的运行状况。位移监测方法只对诊断活塞杆组件的磨损有一定效果,是一种辅助手段。126瞬时转速监测通过对瞬时转速的监测,可了解一个工作循环内负载变动状况,反映拉缸、卡死、阀门工作不良、活塞19942011CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET26PIPELINETECHNIQUEANDEQUIPMENTJUL12010环及填料函漏气等工作情况。表1往复压缩机诊断模块诊断项目列表诊断内容监测方法及项目气阀泄漏、阀门开启故障、气阀通道堵塞、阀垫和气缸垫泄漏定相压力、振动、超声波、温度缸套磨损/损坏、十字头敲击、连杆负载、由于压差异常或惯性失衡而产生的不平衡、连杆负荷过大引起的力矩过高定相压力、振动、超声波活塞环/支承环的磨损和损坏、阀片异常撞击比如油粘滞、弹簧运动情况定相压力、振动、超声波内部机械损坏、活塞锁紧螺母松动、连杆大小头轴衬/瓦的异常间隙定相压力、振动气阀的延迟开启与关闭定相压力、超声波压缩机效率性能分析、气缸平衡、容积效率、功率、压力波动、生产量、管道能量损失定相压力活塞杆磨损、裂纹、断裂,连杆下降动态分析活塞杆分析ROD系统、定相压力、振动活塞杆超载、十字头敲击定相压力、振动压缩机结构故障轴承、曲轴定相振动泵、地基、轴承、气缸运动,齿轮和传动轴、基础松动频谱分析127噪声监测对于十字头、曲轴的曲拐,由于无法安装振动监测装置进行短距离一般在015~1M之间近场噪声测量,通过频谱分析连杆大小头瓦、十字头销运动,监测间隙变大引起的冲击噪声。2往复式压缩机综合监测系统的设置21往复式压缩机的传感器选择考虑压缩机的典型故障模式、维修和停机损失,监测气缸内动态压力PV示功图曲线能够更好地确定气阀的物理状况和机械性能,首先需要从机械安装可行性角度考虑设备是否能够安装与压力传感器对接的KIENE阀门。表2为传感器设置表。图1为往复设备监测传感器布置结构示意图。表2传感器设置部件测量项目传感器曲轴键相壳体振动键相传感器现场安装压电式速度传感器自带十字头十字头加速度冲击传感器自带活塞杆活塞杆位置活塞杆位置垂直电涡流传感器自带水平电涡流传感器自带气缸气缸压力气阀温度压力传感器系统自带温度传感器系统自带图1往复设备监测传感器布置结构示意图22监测的基本设置221键相传感器安装和设置为完成准确的测量和性能分析,希望机器安装多齿轮盘,如果无法安装多齿轮盘,则需要在旋转部件飞轮上加工键相槽。将参考气缸的活塞盘车到上死点。安装键相传感器,设置上死点标记,在飞轮上做标记。图2为键相传感器安装和设置图。图2键相传感器安装和设置222气缸上的压力引出孔设置及KIENE阀门安装符合API618标准的往复式压缩机都有压力引出孔,见图3。对于没有压力引出孔的压缩机,可以测试超声、振动红外等参数,并在在气缸上安装气阀压力的引出装置,如图4所示。图3气缸上的压力引出孔设置223压力和振动、超声采样点选取2231压力采样点选取如图5所示,V1点用于采集气缸内气体压力,在仪器和软件上显示出PV、PT图。V4点用于采集阀窝内的气体压力,用于区分气阀和通道中的能量损失。V2和V3点用于分析压力脉动与管路中的能量损失。19942011CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET第4期陈峰等大型往复式压缩机的状态监测与诊断27图4不符API618压缩机压力引出孔设置2232振动采样点选取振动采样点位于压阀盖上方,在阀盖上采集的高通振动数据能够定相位于曲柄转角。气阀的振动信号变化谱与PT图同步,并且在同一张合成图谱上比较分析,能够发现气阀相关故障,如图6设置。图5压力采样点选取2233超声采样点选取超声泄漏检测使用专用的探测器,能够对气阀、活塞的泄漏进行监测,其监测部位分别在缸体轴侧与盖侧进行。能够对气阀、活塞环的泄漏情况进行监测。超声波信号可以使用专业的RTWIN92软件进行分析,并且与PT图同步,对如下问题进行诊断气阀的提前/延迟关闭与开启;阀垫和气缸垫泄漏;气阀泄漏;阀窝堵塞;气阀通道堵塞等。图6振动信号采集点布局23实施规划根据现场对乙烯厂、炼油厂共计54台往复式压缩机调查情况,针对每台设备监测测点及技术选择、诊断功能进行了规划设计,具体如下1不需要进行设备主体改造,直接可以实施全部离线监测方式的机组统计,见表3。2更换贺尔碧格引压气阀后,直接可以实施全部离线监测的机组见表4。3不能进行示功监测、可以实施其他监测的机组统计见表5。表3实施离线监测方式的往复式机组1装置设备位号介质投用时间监测方式监测参数备注空分乙烯乙烯聚乙烯聚乙烯聚丙烯聚丙烯乙二醇乙二醇J020210K302A/B10K701A/B21/22C47022C480PK301PK2301C220C320氧气甲烷氢气乙烯、氮气乙烯、氮气丙烯、氮气丙烯、氮气二氧化碳乙烯、甲烷1995年8月1995年8月1995年8月1995年8月1995年8月1995年8月2002年9月1995年8月1995年8月振动监测;动态压力示功监测;超声监测;缓变量监测远红外温度、撞击键相信号,主轴承温度,壳体振动,十字头振动,十字头滑块温度,压力填料温度,活塞杆位置,阀门温度,气缸压力超声信号、振动信号、相位与转速信号、红外信号、压力值;键相传感器12只;KIENE压力测试阀2只/缸3结束语往复式设备状态监测体系分在线系统和离线系统,将两套系统有机结合,既保证了关键机组实时监测,同时又将某石化公司所有的往复式设备全部纳入监测和故障诊断体系,为实现往复式设备状态维修打下良好的基础。离线监测、在线监测方式及各种监测方法都有各自优缺点和应用场合,由于设备故障的多样性,必须采用多种方法综合进行监测。从自身设备状态实际出发,在开展综合诊断的基础上参考绝对标准,逐步积累状态数据,建立设备诊断的相对标准,再进一步选择灵敏的参数和有效的方法,建立出更适合所需的最优诊断标准。下转第40页19942011CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET40PIPELINETECHNIQUEANDEQUIPMENTJUL12010度。设备管道的加热能力是有限的,而主加热功率较大,因此可采用打循环的方式对桶内原料进行预热。特别是气温较低时进行户外施工,管道保温效果往往受到影响,可用软质泡沫或其他保温材料对管道进行保护,提高其保温效果。24喷涂压力的质量控制喷涂需要较高的压力,喷射压力为7~1715MPA必须使用专用的高压双组分1∶1聚氨酯/聚脲喷涂设备及喷枪其加热能力75℃,最大压力达24MPA进行喷涂。喷涂中通过高速撞击混合,设定管道压力1214~1712MPA,可以大大提高产品的物理性能。同时,密切观察A料和R料的压差,压差小于2MPA,否则易造成回流,给设备造成巨大损伤;压力过大,物料损耗较大。在喷射中,影响的主要因素有枪体的主要部件MODULE、PCD、PCDRETAINER、SCREEN、COU2PLER应保持清洁;应保证主机的润滑系统正常工作,YSTRAINER滤网应保持清洁,防止堵塞和两组分不均匀。采用螺杆式的空压机和冷干机,可以有效地提高压缩空气的清洁程度。操作过程中,合理地安排施工工序,减少停枪的次数,连续化的施工,做到即停即清,养成工前检查、完工清洗的好习惯。3结束语聚脲喷涂工艺研究成功后,首先在油建处石化厂粉末车间屋顶做防水层使用,经过1年多的观察,符合要求。之后在真武污水改造工程、杨家坝污水改造工程、沙埝联合站、永安联合站等污水罐中做为内防腐涂层使用,完成20多台大小污水罐和水箱的防腐,并作为输硫酸穿越管道的外防腐层,施工总长5KM,应用效果良好。近年来,随着产品的国产化率提高,产品的价格优势明显,越来越多地在钢结构防腐、建筑物防水、城市雕塑等领域得到广泛的应用,随着工艺和材料的日趋完善,喷涂聚脲防腐结构将会发挥更大的作用。参考文献1黄微波喷涂聚脲弹性体技术北京化学工业出版社,2005212214作者简介方伟1968,主要从事石油领域管道和储罐的防腐保温技术的科研,以及新技术、新产品的推广应用工作。上接第27页表4实施离线监测方式的往复式机组2装置设备位号介质投用时间离线监测方式监测参数备注空分空压空压制氢甲醇甲醇甲醇销售销售重整重整加氢加氢裂化加氢裂化二火炬J0102A/BJ1003J1002BJ202A/B/C/DC102A/BC103A/BC101A/BC12C3C202/A、BC402C1002/A、BC3002/A、BJ001\002\003氧气空气空气氢气,二氧化碳新鲜气循环气天然气丙烷、异丁烷丙烷、异丁烷氢气含硫氢气氢气氢气瓦斯气1995年8月1995年8月1995年8月2004年9月2004年6月2004年6月2004年5月1995年8月1995年8月2007年9月2007年9月2004年9月2007年9月2008年10月振动监测;动态压力示功监测;缓变量监测温度、撞击键相信号,主轴承温度,壳体振动,十字头振动,十字头滑块温度,压力填料温度,活塞杆位置,阀门温度,气缸压力换贺尔碧格带引压孔的气阀;键相传感器27只;超声信号、振动信号、相位与转速信号、红外信号、压力值需装配带有压力引出孔的阀;KIENE压力测试阀2只/缸表5实施离线监测方式的往复式机组3装置设备位号介质投用时间离线监测方式监测参数备注重整加氢二丙烷C401/A、BK1/1,2,3氢气丙烷气2000年9月/2002年9月1996年9月振动监测;超声监测;缓变量监测远红外温度、撞击键相信号,主轴承温度,壳体振动,十字头振动,十字头滑块温度,压力填料温度,活塞杆位置,阀门温度键相传感器5只参考文献1郁永章,孙嗣莹,陈洪俊,等容积式压缩机技术手册北京机械工业出版社,20002蔡永军,陈鹏超管道振动监测预警装置的设计管道技术与设备,2008226293刘卫华,郁永章往复式压缩机故障诊断技术研究现状与发展压缩机技术,1999348524刘卫华,郁永章往复压缩机故障分析及智能诊断系统压缩机技术,2000427305盛兆顺,尹琦岭设备状态监测与故障诊断技术及应用北京化学工业出版社,2004作者简介陈峰1970,硕士,高工,主要从事设备研究、失效分析、状态监测及管理工作。19942011CHINAACADEMICJOURNALELECTRONICPUBLISHINGHOUSEALLRIGHTSRESERVEDHTTP//WWWCNKINET

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