整體式天然氣壓縮機狀態監控系統設計

何凱云 賈彥琨(中石油西氣東輸管道公司南昌管理處南昌分輸壓氣站， 江西 南昌 330000)

在生產工業中,整體式壓縮機作為關鍵的生產設備,主要應用于氣體的增壓帶動氣體運輸,如壓縮天然氣(CNG)等。不僅石油天然氣行業,壓縮機還用來通過產生高壓強的氣體,驅動各種機械設備，如在日常生活中,最常見的空調、冰箱等，壓縮機還是控制制冷系統的設備。伴隨著社會經濟的發展，工業生產技術隨之提高,能源方面的天然氣生產，正向著高連續性和自動化水平方向發展。在這些生產中, 往往壓縮機的工作環境是高溫、高壓場所，工作介質一般是易燃、易爆物質。因此,能否對壓縮機在工作中的運行狀態進行實時監控，并進行有效的故障診斷對整個工程來講至關重要。因此,在天然氣等化工生產中設計一種穩定、可靠的壓縮機狀態監控系統,對于維護設備安全和正常生產運行意義重大。

1 天燃氣壓縮機的工作原理及分類

（1）壓縮機工作原理 整體式天然氣壓縮機是一種通過壓縮天然氣,減小氣體體積，增大天然氣壓力從而帶動機械工作,它的工作原理將機械能轉化為氣體的壓力能。整體式天然氣壓縮機由動力、壓縮兩部分組成，與分式壓縮機不同的是，其動力部分和壓縮部分共同使用一根曲軸為一個整體，而動力連桿和壓縮連桿分別在曲軸的兩側連接。整體式壓縮機的動力是靠動力燃氣壓力系統實現的，利用活塞在氣缸內的往復式運動,實現吸氣、膨脹、壓縮、排氣等過程實現氣體壓縮產生動力。

（2）壓縮機分類 按壓縮氣體的不同方式，天然氣壓縮機主要可以分為兩大類：容積式壓縮機和速度式壓縮機。容積式壓縮機又分為往復式和回轉式,速度式壓縮機根據旋轉方式不同又分為透平式和噴射式兩種。其中，容積型壓縮機在運行中,首先將氣體吸入到氣缸內,然后氣體在氣缸被外力強制壓縮,增大壓力,當壓力值達到一定時，氣體又被強制從氣缸排出實現動力轉化。因此,容積型在吸氣、排氣過程中是非連續進行的,其氣體流動方式是間歇的。速度式壓縮機中的透平式壓縮目前最為廣泛應用的有軸流式和離心式兩種。

2 天然氣壓縮機故障診斷技術

對于長期工作的天然氣壓縮機來講，存在許多使壓縮機產生故障的因素，常見的如機器元件的損耗、工作中受到外界干擾和人員的誤操作執行等等。特別是生產中的壓縮機發生故障會影響其運行，產生各種無法估計的損失。為減少壓縮機故障的產生，通常采取狀態監測系統對壓縮機可能發生的故障進行監測和預防，在故障發生后，利用機械故障診斷技術，找出故障特征，找到故障發生點，查找原因進行排除。故障診斷技術對壓縮機的安全運行具有重要意義。目前，應用較多的有：前饋神經網絡技術，該技術通過分析壓縮機內氣體的壓力和溫度等信息，進行故障診斷；聲發射和套管內壁測量技術等測量方法主要在離心式壓縮機的故障診斷中應用，通過分析有效電壓和能量的變化診斷故障特征，該技術能夠識別出微小故障信號。另外，天然氣壓縮機的機器類型不同，往往產生故障時產生的信號特征也各不同，對此，針對不同類型壓縮機要建立相對應的故障診斷方法。

3 天然氣壓縮機狀態監控系統設計

壓縮機監控系統主要通過現場和遠程監控的方式進行，通過監控壓縮機的各種實時工況參數,保障壓縮機在工作中的穩定性和安全性。傳統的監控系統有儀表、繼電器和接觸器等來控制完成,與現在的高水平監測系統相比，傳統的方法在可靠性和自動化方面存在嚴重不足,監控效果有限。除此之外，傳統方式中，對故障的處理方式也是靠人工經驗方法,或者采取定期維護的形式來控制故障發生。

天然氣壓縮機狀態監控系統的功能通常包括幾部分:數據信息采集,數據信息分析、管理, 數據的通訊和其他輔助功能。盡管我國對于天然氣壓縮機控制系統的研究起步較晚，但近幾年的發展迅速。目前，對于壓縮機控制系統設計研究主要涵蓋控制軟、硬件以及外圍輔助電路等。雖然市場上已經有技術較完善的天然氣壓縮機控制系統，但在一些方面仍然有發展潛力，如系統的集成性和可靠性等方面。監控系統技術設計主要完成兩大功能，首先根據系統反饋的氣體壓力值等參數，實現壓縮機供氣系統的自主智能化控制；其次是能夠實現在集控室對壓縮機進行遠程控制和實時監測，監測結果能夠在顯示臺上顯示，另外，對于壓縮機的運行狀態、故障報警信息等能夠實現分級報警功能。

4 結語

壓縮機監視系統設計越完善,就會相應增加系統在設計、維護等各階段的難度。另外, 做到實時監控下進行數據收集和處理工作也具有相當難度,因此，壓縮機狀態監視系統的設計還有很多困難需要解決。

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