狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)在壓縮機上的應(yīng)用

牛賈睿 張書京 馮志杰

摘 要：大型壓縮機的穩(wěn)定安全運行，關(guān)系到整套裝置的安全生產(chǎn)，因此對壓縮機運動狀態(tài)的參數(shù)進行測量和監(jiān)視顯得尤為重要，本文主要研究了壓縮機狀態(tài)監(jiān)控系統(tǒng)原理以及bently3500在氯堿行業(yè)中壓縮機上的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：壓縮機 氯堿 狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)

中圖分類號：TP216 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）04（a）-0068-02

大型壓縮機組轉(zhuǎn)速高、流量大、功率大，主要應(yīng)用在天然氣、石油化工、基本化工三大危險行業(yè)，一旦因故障或事故停車，就會影響整個裝置的正常生產(chǎn)，給工廠成重大經(jīng)濟損失甚至人員傷亡，石化行業(yè)大型壓縮機組安全運行研究是非常必要的。壓縮機組故障主要集中在壓縮機喘振或旋轉(zhuǎn)失速、轉(zhuǎn)子軸位移大、轉(zhuǎn)子振動大等幾個方面。本文主要研究離心壓縮機狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)原理以及在氯乙烯裝置中的應(yīng)用。

1 壓縮機在氯乙烯裝置中的應(yīng)用

乙烯法生產(chǎn)氯乙烯裝置以烯烴廠來的乙烯、燒堿裝置來的氯氣和供排水廠或二化來的氧氣為原料，由乙烯直接氯化、氧氯化生成二氯乙烷，兩種方法生成的二氯乙烷精制后裂解生成氯乙烯單體和氯化氫，再經(jīng)過精制和分離制得合格的氯乙烯單體和氯化氫。氯化氫作為氧氯化反應(yīng)的原料，在整個生產(chǎn)過程中始終保持平衡，不需要補充和處理。氯乙烯單體送往聚氯乙烯裝置作為生產(chǎn)原料[1]。

從工藝深冷器、蒸發(fā)器（HX103）和過冷器（HX102）來的低溫低壓氣體分別通過一段、二段入口進入壓縮機，壓縮成高溫高壓氣體，然后經(jīng)過冷凝器（HX101）冷凝，冷凝后的高溫高壓液體進入丙烯儲罐（PV101）儲存，然后根據(jù)工藝單元的不同需要，分兩路進入冷凍系統(tǒng)用戶。液體丙烯一路通過過冷器（HX102）、減壓后進入150E001、140E012蒸發(fā)并使其殼程物料冷凝液化，換熱后低溫低壓丙烯氣體進入入口分離器（PV102）、進入壓縮機一段入口；另一路經(jīng)過減壓后進入蒸發(fā)器（HX103）冷卻純度為40%乙烯基乙二醇水溶液（冷凍鹽水），然后變成低溫低壓氣體進入壓縮機二段入口，循環(huán)壓縮。冷凍鹽水通過循環(huán)泵送到工藝裝置各用戶對其它物料進行冷卻。工藝流程。

2 壓縮機監(jiān)控系統(tǒng)的指標(biāo)

我廠采用的大型丙烯壓縮機的功率可達到3357 kW，轉(zhuǎn)速3500 rpm，如此大型設(shè)備需要對其主要參數(shù)軸的徑向振動、軸向位移、機器轉(zhuǎn)速、鍵相、軸承溫度等實施在線監(jiān)測，保證其安全運行。

振動測量的主要對象是一個轉(zhuǎn)動部件，即轉(zhuǎn)子或轉(zhuǎn)軸，以及轉(zhuǎn)動體與靜止體之間的相互關(guān)系，主要有振幅、振動頻率、相角等參數(shù)的直接測量顯示，還有可以從示波器上顯示振動形式、振型等參數(shù)。

振幅是壓縮機整體振動強度的標(biāo)志，用來監(jiān)測機器運行的平穩(wěn)程度。盡管對機殼的測量能夠表明機器故障的存在，但要對及其進行全面保護，還需對軸的振動進行直接測量。目前采用的非接觸式電渦流探頭直接測量軸相對于軸承的振動振幅。

振動頻率是進行機殼測量的主要參數(shù)之一，因為有些機器故障通常在某些特定的頻率下發(fā)生，這樣就有助于對故障類型進行分類。轉(zhuǎn)子的振動大體可分三類：第一類屬于強迫振動問題，是外來確定的擾動力引起的，而振動本身并不反過來影響擾動力，強迫振動的頻率總是等于擾動頻率；第二類屬于自激振動問題，是由于轉(zhuǎn)子支撐系統(tǒng)中存在某一機械能量的反饋環(huán)節(jié)；第三類屬于非定常強迫振動，即強迫振動的幅值與相位是在變化的，不是定值。

相角測量可以用來描述某一特定時刻機器轉(zhuǎn)子的位置。通過確定機器轉(zhuǎn)子“高點”的位置，就能確定機器的平衡狀態(tài)，使用非接觸式電渦流探頭或一個光電探測器，就能得到一個鍵相器準確測量相角。

振動形式是顯示在示波器上的原始振動波形，分為時基形式和軸心軌跡形式，維修工程師通過觀測時基振動形式，能夠確定基本的振幅、頻率和相角；通過觀測軸心軌跡，能夠了解軸的實際運動情況。

振型是轉(zhuǎn)軸在一定轉(zhuǎn)速下沿軸向的一種變形。測量振型的方法是沿著轉(zhuǎn)軸的軸向每隔一定間距放置一組XY傳感器，分別測得相應(yīng)轉(zhuǎn)軸截面的中心線振動情況。

3 防喘振控制

喘振是離心式壓縮機固有的特性，是壓縮機運行過程中當(dāng)負荷降低到一定程度時，出口氣體排出量會出現(xiàn)強烈的振蕩。離心式壓縮機的壓縮比（壓縮機出口壓力P2與壓縮機出口壓力P1之比P2/P1）與入口進氣氣體流量Q之間的關(guān)系曲線如圖2。在不同轉(zhuǎn)速下，各駝峰點連線的軌跡近似于一條拋物線。為安全起見，在這條線的右側(cè)考慮有一定余地再作一條拋物線，稱之為安全線，該拋物線方程可用下式表示為：P2/P1=a+b+Q21/T1，式中Q1為入口流量，T1為入口溫度，a、b為廠家提供壓縮機系數(shù)。

常用的防喘振控制方案主要有兩種：一是固定極限流量控制；一種是可變極限流量防喘振控制。

3.1 固定極限流量防喘振控制方案

測量值大于QB，則旁路調(diào)節(jié)閥完全關(guān)閉；如果測量值小于QB，則旁路調(diào)節(jié)閥打開，使一部分氣體循環(huán)，直到壓縮機出口流量達到QB為止。

3.2 可變極限流量防喘振控制方案

為了減少壓縮機的能耗，在壓縮機負荷經(jīng)常有波動的場合，在不同的轉(zhuǎn)速下，其喘振極限流量QB是個變數(shù)，它隨轉(zhuǎn)速下降而減小。此方案是按式P1d=m（P2-aP1）構(gòu)成，即用差壓流量計測量入口氣體流量時喘振安全操作表達式，防喘振控制器的測量值是P1d，設(shè)定值是m（P2-aP1）。如圖4所示，當(dāng)測量流量大于設(shè)定值時，旁路控制閥始終關(guān)閉，當(dāng)測量值小于設(shè)定值時，控制器開啟到一定位置，因此能防止喘振出現(xiàn)，確保壓縮機安全運行。

4 監(jiān)測系統(tǒng)的實現(xiàn)

Bently公司使用的傳感器是電渦流趨近式傳感器，它將機械振動或位移轉(zhuǎn)換成正比于振動位移的電信號。系統(tǒng)由探頭、前置放大器和監(jiān)視器構(gòu)成，所有參數(shù)設(shè)置和調(diào)整都通過軟件來組態(tài)，并通過軟件來組態(tài)，并通過PC機下裝到監(jiān)視器框架中，通過Modbus485發(fā)送到DCS的通訊卡進行顯示操作。

4.1 硬件組成

3500狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)采用積木式模塊化搭建，框架包括3500-15電源模塊、20框架接口模塊、25鍵相器模塊、40位移模塊、42電渦流位移/速度/加速度傳感器監(jiān)視器模塊、45差脹監(jiān)視器模塊、50轉(zhuǎn)速模塊、53超速保護模塊、92通訊模塊、32/33繼電器模塊等。通過這樣的模塊化搭建，可以完成檢測徑向振動、軸向位移、偏心和差脹、超速保護、模塊輸出信號間的邏輯運算以及與上位機通訊等功能[2]。

4.2 探頭的安裝

理想狀態(tài)時，壓縮機的軸在中間，這時輸入探頭安裝時的電壓即可，但實際往往很難實現(xiàn)，因此要求我們檢修人員將軸翹向一側(cè)，左右均可。如圖5所示，將軸翹向最左側(cè)，設(shè)軸竄量為S，探頭靈敏度為F，左側(cè)探頭電壓為V1，右側(cè)探頭固定后的電壓為V2，左側(cè)探頭需要往3500組態(tài)軟件輸入零點電壓為V1+（S×F）/2，右側(cè)零點電壓為V2-（S×F）/2。

4.3 軟件

3500狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)包括三個軟件包，分別是框架組態(tài)軟件（Rack Configuration）、數(shù)據(jù)采集軟件（Data Acquisition＼DDE Server）、操作員顯示軟件（Operation Assist Display）。

框架組態(tài)軟件能夠自動識別卡件類型及地址，上電前先將需要配置的卡件安裝好，20框架接口模塊是主控模塊在緊挨著電源的1#位置不可更改，設(shè)置連接密碼、框架地址、通訊端口、波特率等，連接，上傳數(shù)據(jù)，安裝好的卡件類型即可在面板上顯示出來，在軟件中設(shè)置各個卡件的參數(shù)。

數(shù)據(jù)采集軟件設(shè)定有三個表單，數(shù)據(jù)采集表單中，Create Rack Based Trains項表示省城基于機組圖的框架文件，Automatic Data/Time Synchronization表示是否允許框架和運行數(shù)據(jù)采集的PC機進行時鐘同步；連接參數(shù)表單用以設(shè)置通訊端口、波特率、連接類型等PC機上的設(shè)置；框架地址和口令表單中地址由要連接的框架的硬件地址撥碼開關(guān)決定，口令在前述的框架接口模塊里設(shè)置。以上設(shè)置好了以后，運行操作員顯示軟件，操作人員可以在這個畫面上查看機組上對應(yīng)位置的實時數(shù)據(jù)、棒狀圖、報警事件列表等。

5 結(jié)語

本文研究了以大型壓縮機實時監(jiān)控的一般原理和指標(biāo)，結(jié)合了在乙烯法制氯乙烯的氯堿行業(yè)中壓縮機運行實例，闡述了Bently3500監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，對氯堿行業(yè)儀表維修和工藝操作人員有很好的指導(dǎo)借鑒作用。

參考文獻

[1] 氯乙烯生產(chǎn)工藝對比[J].云南化工，2010（1）.

[2] 淺談BENTLY 3300與BENTLY 3500的應(yīng)用[J].現(xiàn)代物業(yè)（上旬刊）.