往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)及案例分析陽(yáng)煤豐喜集團(tuán)臨猗公司李博關(guān)鍵詞：往復(fù)壓縮機(jī)、在線監(jiān)測(cè)、故障診斷往復(fù)壓縮機(jī)是石油、化工生產(chǎn)流程中的重要設(shè)備，其運(yùn)轉(zhuǎn)狀況關(guān)系到整個(gè)生產(chǎn)流程運(yùn)轉(zhuǎn)狀況。但是，由于往復(fù)壓縮機(jī)自身的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和運(yùn)行工況的復(fù)雜性，使得往復(fù)壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中故障率比較高。本文主要研究如何將故障診斷技術(shù)實(shí)際應(yīng)用到現(xiàn)場(chǎng)往復(fù)壓縮機(jī)上，解決機(jī)組的實(shí)際問(wèn)題，主要包括四個(gè)部分：往復(fù)壓縮機(jī)的常見故障模式；往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)的組成和建立；往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷系統(tǒng)的實(shí)際案例；結(jié)論和建議。1、往復(fù)壓縮機(jī)的常見故障模式往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)復(fù)雜，運(yùn)行過(guò)程中振動(dòng)沖擊較大，易損零件眾多，故障原因形式眾多。因此，想要做好往復(fù)式壓縮機(jī)故障診斷工作，首先要對(duì)往復(fù)機(jī)械的工作原理、機(jī)組結(jié)構(gòu)、故障機(jī)理進(jìn)行深入的分析，進(jìn)一步提取、掌握往復(fù)式壓縮機(jī)常見的故障特征，才能夠真正做到對(duì)機(jī)組狀態(tài)的有效監(jiān)測(cè)。2、往復(fù)壓縮機(jī)組成往復(fù)式壓縮機(jī)從工作形式上主要可以分為以下幾部分：1）基礎(chǔ)部份：主要包括機(jī)身、中體等部件；2）輔助系統(tǒng)：主要包括潤(rùn)滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)以及調(diào)節(jié)系統(tǒng)。輔助系統(tǒng)的作用是確保往復(fù)式壓縮機(jī)安全、可靠運(yùn)轉(zhuǎn)，調(diào)同時(shí)節(jié)系統(tǒng)負(fù)荷減少不必要的能源浪費(fèi)。3）傳動(dòng)系統(tǒng)：主要包括曲軸、連桿、大頭瓦、小頭瓦、十字頭、活塞桿等。傳動(dòng)部分的主要作用是傳遞驅(qū)動(dòng)機(jī)提供給機(jī)組的動(dòng)力，把電機(jī)或燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)經(jīng)由曲軸連桿機(jī)構(gòu)變?yōu)槭诸^、活塞桿的往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而帶動(dòng)活塞做功，其作用相當(dāng)于人類的骨架和關(guān)節(jié)，是整個(gè)設(shè)置中最重要的機(jī)構(gòu)；4）工作機(jī)構(gòu)：主要包括氣缸、氣閥、活塞等。氣體經(jīng)由吸氣閥進(jìn)入氣缸被活塞加壓變?yōu)楦邏簹怏w后經(jīng)由排氣閥排出。工作機(jī)構(gòu)是整個(gè)往復(fù)式壓縮機(jī)當(dāng)中最易發(fā)生故障的機(jī)構(gòu)。圖1往復(fù)式壓縮機(jī)的組成3、往復(fù)壓縮機(jī)主要故障模式往復(fù)式壓縮機(jī)各類故障所占的比例參見圖2,具體可以分為運(yùn)動(dòng)部件故障、密封組件故障、工藝類故障、儀器類故障及管道類故障，85.3%的往復(fù)機(jī)故障均屬于設(shè)備本身故障，往復(fù)機(jī)組本身故障可以分為運(yùn)動(dòng)部件及密封部件故障兩大類，其中運(yùn)動(dòng)類部件故障占到設(shè)備本身故障的68.9%，密封類故障占到設(shè)備本身故障的31.1%。圖2往復(fù)式壓縮機(jī)故障百分比從故障的模式與機(jī)理來(lái)分析，往復(fù)壓縮機(jī)概括起來(lái)可分為兩大類：一類是熱力性能故障，一類是機(jī)械動(dòng)力性能故障。熱力性能故障一般表現(xiàn)為排氣量不足，壓力、溫度波動(dòng)異常，產(chǎn)生的原因主要是由于氣閥、活塞環(huán)、填料函、水冷器、吸氣濾清器等部件發(fā)生了故障；機(jī)械動(dòng)力性能故障一般表現(xiàn)為機(jī)器工作時(shí)異常的噪聲、振動(dòng)、過(guò)熱等，產(chǎn)生的原因主要是由于吸、排氣閥損壞、活塞環(huán)磨損斷裂、活塞桿填料函磨損、活塞桿導(dǎo)向環(huán)磨損、活塞桿下沉、裂紋及斷裂、連桿十字頭磨損、連桿螺栓及十字頭螺栓松動(dòng)斷裂、活塞卡住與開裂、曲軸斷裂、缸體開裂等。針對(duì)上述故障，主要采取三類方式進(jìn)行監(jiān)測(cè)，即：振動(dòng)監(jiān)測(cè)（曲軸箱振動(dòng)、氣缸振動(dòng)、活塞桿沉降等）、動(dòng)態(tài)壓力監(jiān)測(cè)、緩變量監(jiān)測(cè)（溫度/壓力/撞擊）。4、往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)測(cè)點(diǎn)布置針對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)各主要部件存在的故障，主要有6類監(jiān)測(cè)信號(hào)，分別為鍵相信號(hào)、曲軸箱振動(dòng)、閥門溫度、活塞桿位置（沉降）、氣缸動(dòng)態(tài)壓力、十字頭沖擊信號(hào)。其中閥門溫度采用將熱敏電阻直接粘貼在氣閥外部的方式，主要用于測(cè)量進(jìn)/排氣閥溫度，監(jiān)測(cè)氣閥故障?；钊麠U位置采用電渦流傳感器，安裝方式可參考API618第3.6.7節(jié)振動(dòng)與位置檢測(cè)⑶以及API670第6.1.3節(jié)活塞桿沉降探頭安裝要求⑷，用于測(cè)量活塞桿位置，可以診斷支承環(huán)、活塞環(huán)、十字頭等故障。動(dòng)態(tài)壓力采用動(dòng)態(tài)壓力傳感器，安裝在氣缸上的示功孔中，根據(jù)API618標(biāo)準(zhǔn)第2.6.4.6節(jié)，氣缸連接件要求預(yù)留尺寸為NPT1/2示功孔，主要通過(guò)示功圖和活塞桿載荷來(lái)測(cè)量氣缸內(nèi)部動(dòng)態(tài)壓力，監(jiān)測(cè)氣閥、活塞環(huán)、活塞桿、十字頭大小頭瓦等故障。沖擊信號(hào)采用加速度傳感器，并經(jīng)過(guò)軟件處理得出十字頭處的沖擊信號(hào)和振動(dòng)信號(hào)，來(lái)監(jiān)測(cè)拉缸、水擊、連接松動(dòng)等沖擊類故障。曲軸箱振動(dòng)采用加速度傳感器，用來(lái)測(cè)量振動(dòng)加速度、速度信號(hào)，監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)振動(dòng)、殼體振動(dòng)、不平衡類故障。鍵相信號(hào)采用電渦流傳感器，一般安裝在飛輪處，提供信號(hào)采集觸發(fā)，用于故障診斷參考。、往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)硬件組成往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的硬件主要包括：傳感器及前置器部分、現(xiàn)場(chǎng)防爆箱、信號(hào)電纜部分、安全隔離系統(tǒng)、信號(hào)采集及處理系統(tǒng)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)及通訊系統(tǒng)等部分?，F(xiàn)場(chǎng)傳感器安裝在往復(fù)壓縮機(jī)上，傳感器的前置器通過(guò)延長(zhǎng)電纜延伸安放在現(xiàn)場(chǎng)防爆箱中，將現(xiàn)場(chǎng)傳感器模擬信號(hào)通過(guò)電纜鋪設(shè)到控制室中，通過(guò)安全柵，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)防爆區(qū)與安全區(qū)的信號(hào)傳輸，從安全柵出來(lái)的信號(hào)接入對(duì)應(yīng)的信號(hào)采集系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信號(hào)的模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終將數(shù)字信號(hào)傳入數(shù)據(jù)服務(wù)器，通過(guò)服務(wù)器上網(wǎng)，通過(guò)專用軟件就可以遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷。往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)分析診斷系統(tǒng)軟件組成要想實(shí)現(xiàn)往復(fù)壓縮機(jī)分析診斷，需要專業(yè)的分析診斷軟件提供各種專用的分析手段。以BH5000R往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷分析軟件為例介紹其主要功能。軟件功能主要包括：機(jī)組狀態(tài)總貌圖、趨勢(shì)圖、歷史比較圖、單值棒圖等常用監(jiān)測(cè)分析功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)的實(shí)時(shí)和歷史的數(shù)值和趨勢(shì)分析；活塞桿沉降/偏擺監(jiān)測(cè)，幫助分析活塞環(huán)，填料函、十字頭滑塊的磨損情況，同時(shí)了解活塞組件的運(yùn)行狀況；振動(dòng)監(jiān)測(cè)，可以對(duì)缸體/氣缸缸頭、曲軸箱、電機(jī)主軸、十字頭、主軸軸承進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；活塞桿軌跡圖，通過(guò)分析一個(gè)周期內(nèi)活塞桿軸心位置的狀態(tài)，可以及時(shí)準(zhǔn)確地了解往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿在套缸內(nèi)部水平、垂直兩個(gè)方向的運(yùn)行狀態(tài)，當(dāng)運(yùn)行范圍超出預(yù)設(shè)區(qū)域，將對(duì)汽缸、活塞桿、十字頭及連桿部件產(chǎn)生機(jī)械性破壞；活塞桿應(yīng)力監(jiān)測(cè)，可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)活塞桿一個(gè)周期內(nèi)的受力狀態(tài)，包括慣性力、氣體力、綜合力，從而有效地反映連桿大小頭瓦的狀況及潤(rùn)滑情況；多參數(shù)分析可判斷出曲軸在各個(gè)角度下，振動(dòng)、活塞桿位置、活塞桿綜合力和動(dòng)態(tài)壓力四種信號(hào)的數(shù)值關(guān)系；示功圖可以實(shí)現(xiàn)對(duì)氣缸內(nèi)壓力過(guò)程曲線進(jìn)行橫縱向比較，分析氣缸、氣閥、活塞環(huán)、支承環(huán)的工作情況。通過(guò)上述監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能，給設(shè)備管理人員提供有效分析設(shè)備故障手段，實(shí)現(xiàn)設(shè)備預(yù)知維修，降低維修成本，減少設(shè)備停機(jī)次數(shù)，提高生產(chǎn)效率，最大化生產(chǎn)效益。5、往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷案例通過(guò)幾個(gè)實(shí)際的案例，具體介紹往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷系統(tǒng)的使用方法及故障診斷的過(guò)程，并實(shí)際證明往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的有效性和實(shí)用性。往復(fù)壓縮機(jī)氣閥故障及活塞環(huán)磨損故障中國(guó)石油長(zhǎng)慶石化煉油廠兩臺(tái)新氫壓縮機(jī)C3402A/B是由沈陽(yáng)氣體壓縮機(jī)廠生產(chǎn)制造的4M-BX型四列兩段平衡型壓縮機(jī)組，排氣壓力：12.9MPa，介質(zhì)為氫氣，兩臺(tái)機(jī)組一用一備。該往復(fù)壓縮機(jī)長(zhǎng)期存在活塞環(huán)磨損、氣閥損壞等故障，尤其是活塞環(huán)磨損十分嚴(yán)重，每三個(gè)月就要定期停機(jī)檢修一次，更換活塞環(huán)，如不及時(shí)檢修更換，則會(huì)造成缸套磨損、甚至拉缸等故障，存在極大的安全隱患，同時(shí)經(jīng)常停機(jī)檢修，又給生產(chǎn)和設(shè)備帶來(lái)了較大的經(jīng)濟(jì)損失。該機(jī)組與2008年底安裝了往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，對(duì)活塞桿沉降、氣閥溫度、十字頭沖擊、曲軸箱振動(dòng)等進(jìn)行綜合監(jiān)測(cè)，如圖5所示概貌圖，并根據(jù)設(shè)備出廠要求和相關(guān)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)［5設(shè)立的報(bào)警值如下：＞曲軸箱振動(dòng)報(bào)警值設(shè)置為5.5mm/s，危險(xiǎn)值設(shè)置為7.5mm/s；＞吸氣閥溫度報(bào)警值設(shè)置為55°C，危險(xiǎn)值設(shè)置為75°C；＞排氣閥溫度報(bào)警值設(shè)置為125°C，危險(xiǎn)值設(shè)置為135°C；＞活塞桿沉降報(bào)警值設(shè)置為1mm，危險(xiǎn)值設(shè)置為1.2mm；＞十字頭振動(dòng)根據(jù)機(jī)組振動(dòng)峰值及能量設(shè)置報(bào)警值。該機(jī)組從2012年11月安裝該系統(tǒng)到2013年5月全廠大修共診斷出兩起故障，并及時(shí)進(jìn)行了處理，避免了不必要的經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。第一次為20012年12月，C3402A機(jī)組3缸1號(hào)吸氣閥溫度逐漸升高，從35℃升高到70℃,其它的氣閥仍然保持正常的30℃左右?，F(xiàn)場(chǎng)人員經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期觀察，斷定該氣閥肯定有問(wèn)題，并經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)合初步判定為氣閥泄露M造成該閥溫度偏高，超過(guò)了報(bào)警值。決定切換備臺(tái)，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)檢修，更換氣閥后，該處溫度又恢復(fù)到30℃左右。對(duì)拆下來(lái)的氣閥進(jìn)行檢查后確認(rèn)，現(xiàn)場(chǎng)拆卸的故障氣閥如圖6,氣閥存在嚴(yán)重的堵塞故障，并有閥片斷裂情況，造成氣體泄露，引起氣閥溫度上升。經(jīng)過(guò)本次處理后，避免了該氣閥的進(jìn)一步泄露，由于氣體介質(zhì)為氫氣，長(zhǎng)期氣體泄露必定會(huì)對(duì)人員和設(shè)備造成巨大的危害，更嚴(yán)重還會(huì)引起氣體爆炸，造成機(jī)毀人亡。第二次為2013年4月，還是C3402A機(jī)組，通過(guò)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)該機(jī)組1缸的活塞桿沉降量比較大，達(dá)到了1.1mm，已經(jīng)超過(guò)了報(bào)警值0.1mm。說(shuō)明該處活塞環(huán)已經(jīng)磨損十分嚴(yán)重，應(yīng)該立即停車檢修。但考慮到5月份就要進(jìn)行全廠大修，是否能夠等到大修時(shí)一起停車檢修。因此，廠方開始對(duì)該機(jī)組進(jìn)行了嚴(yán)密監(jiān)護(hù)，根據(jù)活塞桿沉降情況進(jìn)行決定是否提前對(duì)該機(jī)組進(jìn)行停車檢修。經(jīng)過(guò)一周的觀察，該處活塞桿沉降量又增加到1.3mm，廠方根據(jù)這一情況，決定不等全廠大修，提前切換使用備臺(tái)，提前對(duì)該機(jī)組進(jìn)行搶修。檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)，該缸的活塞環(huán)磨損已經(jīng)十分嚴(yán)重，支撐環(huán)的磨損量已達(dá)到2.5mm，經(jīng)過(guò)換算正好與活塞桿的下沉量相對(duì)應(yīng)，如該機(jī)組再繼續(xù)使用很快就會(huì)磨損活塞環(huán)和缸套，甚至引起拉缸。圖7為該機(jī)組1號(hào)缸支撐環(huán)的磨損情況。因此，通過(guò)以上幾個(gè)例子，實(shí)際應(yīng)用往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)分析診7斷系統(tǒng)，能夠真正有效地診斷出往復(fù)壓縮機(jī)出現(xiàn)的各類常見故障，并對(duì)設(shè)備維修起到了指導(dǎo)作用，實(shí)現(xiàn)了往復(fù)壓縮機(jī)的預(yù)知維修。6、結(jié)論和建議針對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)這類故障多發(fā)的設(shè)備，通過(guò)往復(fù)式壓縮機(jī)在線監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行有效的分析是十分有必要的，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障征兆，指導(dǎo)合理的設(shè)備維護(hù)檢修，力求避免突發(fā)性的惡性安全事故，保證生產(chǎn)的正常進(jìn)行。同時(shí)，往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)在國(guó)內(nèi)還處于剛剛起步和不斷摸索的階段，還需要不斷完善，主要有如下幾點(diǎn)：1）要想真正地通過(guò)使用監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)預(yù)知維修，還需要使用人員一定時(shí)間的摸索和實(shí)踐，將理論知識(shí)與實(shí)際設(shè)備及工況相結(jié)合，才能準(zhǔn)確地診斷出設(shè)備的復(fù)雜故障，目前大多很多只停留在監(jiān)測(cè)方面；2）需進(jìn)一步加強(qiáng)往復(fù)壓縮機(jī)專家系統(tǒng)的開發(fā)，可以最終實(shí)現(xiàn)軟件的自動(dòng)故障診斷，可以避免由于人員素質(zhì)的差異造成的誤判或未發(fā)現(xiàn)故障。3）往復(fù)壓縮機(jī)的監(jiān)測(cè)診斷還需進(jìn)一步引起企業(yè)和專家的重視，對(duì)于各類臨氫及關(guān)鍵機(jī)組有條件的應(yīng)盡量上監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)。隨著國(guó)家和企業(yè)對(duì)安全生產(chǎn)和環(huán)境保護(hù)的重視，通過(guò)利用往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)，將往復(fù)壓縮機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)應(yīng)用于往復(fù)式壓縮機(jī)，不僅可以避免由于突發(fā)事故的發(fā)生給生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)損失，指導(dǎo)維護(hù)維修，提高經(jīng)濟(jì)效益；同時(shí)可以避免在崗操作人員的人身傷亡及引起爆炸起火，對(duì)社會(huì)造成不良影響，具有較高的社會(huì)效益。因此，往復(fù)壓縮機(jī)這類關(guān)鍵設(shè)備應(yīng)用在線監(jiān)測(cè)診斷系統(tǒng)是未來(lái)發(fā)展的趨勢(shì)，往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)也會(huì)不斷完善發(fā)展成熟。參考文獻(xiàn)[1]陳峰，張頂福等.壓縮機(jī)活塞失效分析.理化檢驗(yàn)一物理分冊(cè).2