工業(yè)壓縮機(jī)軸系儀表安裝與維護(hù)探討

摘 要：文章簡(jiǎn)要闡述了機(jī)組軸系儀表主要組成及工作原理，著重介紹了機(jī)組軸系儀表的安裝及質(zhì)量控制點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合二高壓機(jī)組運(yùn)行具體故障案例就如何提升機(jī)組儀表使用及維護(hù)水平進(jìn)行了歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：探頭；前置器；安裝；單點(diǎn)接地

引言

壓縮機(jī)是石化生產(chǎn)裝置中重要的設(shè)備，廣泛使用的有離心式壓縮機(jī)和往復(fù)式壓縮機(jī)（對(duì)稱平衡和對(duì)置平衡）兩種，它將工藝介質(zhì)加壓至后系統(tǒng)需要的反應(yīng)壓力，使裝置生產(chǎn)出高質(zhì)量的石油化工產(chǎn)品，壓縮機(jī)的長(zhǎng)周期安穩(wěn)運(yùn)行影響了石化生產(chǎn)裝置的安穩(wěn)運(yùn)行，直接關(guān)系到生產(chǎn)效率，對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行狀況的詳細(xì)掌控是壓縮機(jī)運(yùn)行管理的關(guān)鍵。目前對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀況的監(jiān)控主要采用的是電渦流傳感器（探頭），對(duì)探頭正確的安裝，調(diào)校及良好的維護(hù)，使壓縮機(jī)長(zhǎng)周期運(yùn)轉(zhuǎn)成為可能。文章就軸系儀表安裝及調(diào)試質(zhì)量控制點(diǎn)進(jìn)行了詳細(xì)闡述，對(duì)實(shí)際工作中檢測(cè)儀表引線處潤(rùn)滑油滲漏問(wèn)題提出了應(yīng)對(duì)方法。

1 壓縮機(jī)軸系檢測(cè)儀表構(gòu)成

目前，常見(jiàn)壓縮機(jī)軸系檢測(cè)儀表主要由探頭、前置器和延伸電纜構(gòu)成。

1.1 探頭

通常探頭由線圈、頭部、殼體、高頻電纜、高頻接頭組成。常見(jiàn)探頭主要有速度傳感器、加速度傳感器和電渦流傳感器（或趨近式傳感器）。二高壓機(jī)組軸系監(jiān)測(cè)儀表采用的是電渦流傳感器。

電渦流傳感器用于評(píng)價(jià)機(jī)組運(yùn)行具體狀況，主要工作原理是趨近式探頭在通入高頻電流以后，線圈周圍會(huì)產(chǎn)生高頻磁場(chǎng)，當(dāng)該磁場(chǎng)穿過(guò)靠近的金屬表面時(shí)，就會(huì)在其中產(chǎn)生一個(gè)電渦流，根據(jù)楞次定律：感生電流的方向，總是使它的磁場(chǎng)阻礙原來(lái)磁場(chǎng)的變化。感生電流的磁場(chǎng)與原線圈的磁場(chǎng)剛好相反，兩磁場(chǎng)相疊加，使探頭內(nèi)高頻信號(hào)能量損失大小變化，這個(gè)變化信號(hào)通過(guò)前置放大器轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的電壓信號(hào)送到檢測(cè)儀表顯示，報(bào)警或聯(lián)鎖輸出。如圖1所示。

電渦流傳感器主要有5MM，8MM，11MM，14MM四種，其中5MM，8MM電渦流傳感器的靈敏度為200MV/MIL（7.87V/MM），線性范圍達(dá)2MM（80MILS），11MM，14MM電渦流傳感器的靈敏度為100MV/MIL（3.94V/MM），線性范圍達(dá)4MM（160MILS）。直流阻抗為7.3Ω+0.28Ω/米。使用條件：-24VDC供電，10KΩ負(fù)載，環(huán)境溫度-35-177℃。電源要求：-23-26VDC，最大電流為12MA，當(dāng)電壓高于-23.5VDC時(shí)，會(huì)導(dǎo)致線性范圍的減小。供電電壓的靈敏度：輸入供電電壓每變化1.0VDC，輸出電壓變化小于2MVDC。

1.2 延伸電纜

延伸電纜用來(lái)連接傳感器和前置器，延伸電纜長(zhǎng)度應(yīng)滿足配套前置器要求。直流阻抗為0.222Ω/米，使用環(huán)境溫度-51-177℃。

1.3 前置器

前置器為傳感器提供高頻交流電，同時(shí)處理和傳輸傳感器與機(jī)組金屬導(dǎo)體間隙變化并以間隙電壓的方式進(jìn)行表征。前置器到監(jiān)視器應(yīng)使用三芯屏蔽電纜，且要求前置器到監(jiān)測(cè)系統(tǒng)距離控制在305米內(nèi)，環(huán)境溫度-35-85℃。

1.4 壓縮機(jī)軸系檢測(cè)儀表系統(tǒng)

5米系統(tǒng)：探頭總長(zhǎng)（探頭殼體+豬尾線的長(zhǎng)度）+延伸電纜長(zhǎng)度=5米。

9米系統(tǒng)：探頭總長(zhǎng)（探頭殼體+豬尾線的長(zhǎng)度）+延伸電纜長(zhǎng)度=9米。

線性范圍：2MM（80MILS），從被測(cè)靶面0.25-2.3MM（10-90MILS）。

推薦間隙設(shè)定值：1.27MM（50MILS）。

2 壓縮機(jī)探頭安裝準(zhǔn)備

探頭安裝前，為確認(rèn)探頭使用性能的好壞，需模擬探頭的工作狀態(tài)（測(cè)量位移，振動(dòng)，轉(zhuǎn)速），用TK-3和數(shù)字電壓表進(jìn)行探頭模擬校驗(yàn)。

首先將TK-3的旋轉(zhuǎn)螺旋測(cè)微器調(diào)至零點(diǎn)位置，把探頭固定在TK-3的支架上，使探頭頂端緊帖金屬盤，用數(shù)字電壓表監(jiān)視輸出電壓，在0-3MM范圍內(nèi)，旋轉(zhuǎn)螺旋測(cè)微器，每隔150UM（或5MILS）輸入位移信號(hào)，同時(shí)記錄輸出電壓值，正，反行程各輸入一次，繪制電壓-位移曲線圖，找出線性段中點(diǎn)。算出探頭的靈敏度是否符合要求（200MV/MIL10%或100MV/MIL10%）。

注意事項(xiàng)：監(jiān)控系統(tǒng)供電正確，前置器供電符合要求，探頭，延伸電纜，前置器的連接符合系統(tǒng)要求（5米系統(tǒng)或9米系統(tǒng)）。

3 壓縮機(jī)探頭安裝

3.1 離心式壓縮機(jī)探頭的安裝

探頭安裝主要有以下兩種方法：機(jī)械測(cè)隙安裝法：用塞尺測(cè)量探頭與被測(cè)金屬表面的間隙。電氣測(cè)隙安裝法：將探頭，延伸電纜，前置放大器連接好并送電，用數(shù)字電壓表測(cè)量輸出電壓，計(jì)算確定探頭和被測(cè)表面的間隙，該種方法由于不受安裝位置的限制被廣泛使用。

轉(zhuǎn)速探頭的安裝：

鍵相槽的開(kāi)孔尺寸：長(zhǎng)10mm（沿軸向），寬7mm，深1.5mm。

鍵相信號(hào)的作用：在機(jī)器監(jiān)測(cè)中作為轉(zhuǎn)速信號(hào)，相角分析的參考點(diǎn)，計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的采樣控制信號(hào)。

將轉(zhuǎn)速探頭進(jìn)行模擬校驗(yàn)，找出線性段范圍，確定線性段中點(diǎn)的間隙值，用該探頭模擬出間隙值的電壓值，取整后即為安裝電壓，安裝質(zhì)量要求：（1）必須徑向安裝。（2）探頭安裝孔與鍵相槽必須對(duì)準(zhǔn)。（3）鍵相探頭安裝必須錯(cuò)開(kāi)鍵相槽。由于轉(zhuǎn)速探頭的位置緊靠壓縮機(jī)軸端部的轉(zhuǎn)動(dòng)部件，所以探頭豬尾線的綁扎必須遠(yuǎn)離齒輪且固定，以免在壓縮機(jī)運(yùn)行后，損傷電纜。

振動(dòng)探頭的安裝：

軸振動(dòng)探頭一般安裝在軸承座的上蓋上，一個(gè)位置有X、Y向兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，徑向振動(dòng)探頭必須在同一軸截面互成90°安裝，45°和135°，30°和120°及其他角度，每個(gè)振動(dòng)探頭都有一個(gè)帶內(nèi)外螺紋的保護(hù)套管，先固定好保護(hù)套管，插入深度要符合隨機(jī)資料要求，然后再在套管上安裝探頭，當(dāng)探頭穿過(guò)套管，接近機(jī)組測(cè)量軸時(shí)，連接探頭與前置器，送上電源，用萬(wàn)用表測(cè)量前置器的輸出，調(diào)整探頭與軸的間隙，安裝間隙電壓在探頭特性曲線的中點(diǎn)，固定探頭。

位移探頭的安裝：

確定探頭線性段的中點(diǎn)：探頭，延伸電纜，前置器連接正確，將探頭固定在TK3-2E的支架上，旋轉(zhuǎn)螺旋測(cè)微器，使金屬盤緊帖探頭頂端，用數(shù)字電壓表監(jiān)視輸出電壓，在0-3MM范圍內(nèi)，用螺旋測(cè)微器每隔150UM輸入位移信號(hào)，同時(shí)記錄輸出電壓值，繪制電壓-位移曲線圖，找出線性段中點(diǎn)-1600UM。

計(jì)算遠(yuǎn)點(diǎn)電壓，近點(diǎn)電壓，中點(diǎn)電壓：壓縮機(jī)某氣缸的軸竄量為500UM，探頭線性段中點(diǎn)1600UM，用TK3-2E模擬出1850UM的位移，此時(shí)輸出的電壓為遠(yuǎn)點(diǎn)電壓（V遠(yuǎn)），用TK3-2E模擬出1350UM的位移，此時(shí)輸出的電壓為近點(diǎn)電壓（V近），中點(diǎn)電壓（V中）=（V遠(yuǎn)+V近）/2。

室內(nèi)調(diào)零：用工程師站將中點(diǎn)電壓（V中）的數(shù)值輸入對(duì)應(yīng)通道的零點(diǎn)電壓（ZERO POSITION），成功下裝后，現(xiàn)場(chǎng)模擬汽缸的遠(yuǎn)點(diǎn)，近點(diǎn)，中點(diǎn)，報(bào)警值，聯(lián)鎖值的電壓值，檢查指示精度是否符合要求，誤差通常在10UM左右。

探頭安裝注意事項(xiàng)：

（1）探頭安裝一定要牢固，豬尾線和延伸電纜連接避免扭力，連接處對(duì)地絕緣處理。

（2）延伸電纜管與壓縮機(jī)外殼連接處應(yīng)用耐油橡膠塞密封，避

免油氣外漏。

（3）為了使探頭的工作狀態(tài)更容易確認(rèn)，建議振動(dòng)和轉(zhuǎn)速探頭安裝統(tǒng)一的電壓值。

（4）為了使軸位移指示準(zhǔn)確，建議位移探頭的安裝電壓精確到1.0MVDC。

（5）如果探頭安裝發(fā)生在壓縮機(jī)檢修期間，系統(tǒng)的供電電壓會(huì)高于正常開(kāi)車期間2-4VDC。在進(jìn)行探頭線性段中點(diǎn)確定時(shí)應(yīng)考慮供電電壓的影響，如振動(dòng)探頭的線性段中點(diǎn)為9.5VDC，建議安裝電壓為9.0VDC；位移探頭的線性段中點(diǎn)為1650UM，建議選擇線性段中點(diǎn)為1600UM。

3.2 往復(fù)式壓縮機(jī)探頭的安裝

往復(fù)式壓縮機(jī)探頭的安裝方式采用側(cè)部鎖緊和后鎖緊兩種方式，可事先將探頭固定在安裝支架上，清洗豬尾線連接接頭以備用，啟動(dòng)壓縮機(jī)盤車馬達(dá)將柱塞充分拉出，使柱塞處于未做功位置，調(diào)整探頭與柱塞表面的相對(duì)位置，對(duì)應(yīng)軸位移顯示為零時(shí)，鎖緊探頭的固定螺絲，記下此時(shí)的前置器輸出電壓，該電壓即為探頭的安裝電壓，由于前置器到室內(nèi)的信號(hào)電纜長(zhǎng)度的差別及系統(tǒng)供電的波動(dòng)，安裝電壓值通常在-10.25～-10.33VDC之間。

探頭安裝完畢后，啟動(dòng)盤車馬達(dá)，觀察監(jiān)視器的輸出，輸出值在-3mils～3mils之間變化，由于往復(fù)式壓縮機(jī)水平滑道、垂直滑道存在間隙，此數(shù)值屬于正常的范圍。

4 探頭安裝過(guò)程中須注意的問(wèn)題

（1）檢查探頭的端部是否從保護(hù)管中擰出，防止探頭受側(cè)部干擾影響。

（2）用精密電子清洗劑清洗探頭端部和電纜接頭，防止鐵磁性物質(zhì)，油污及異物干擾測(cè)量。

（3）檢查延伸電纜絕緣層，將同軸電纜接頭擰緊并做絕緣處理，防止電纜多點(diǎn)接地造成信號(hào)異常波動(dòng)。

（4）在壓縮機(jī)內(nèi)部將延伸電纜固定牢固，將多余電纜自機(jī)組內(nèi)抽出，避免延伸電纜因強(qiáng)烈抖動(dòng)而產(chǎn)生干擾信號(hào)。

（5）如果采用本特利監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)，現(xiàn)場(chǎng)安裝時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)接地問(wèn)題。

傳感器系統(tǒng)

傳感器（探頭）一般安裝在機(jī)組上。對(duì)于渦流傳感器，它通過(guò)延長(zhǎng)電纜與前置器相連。要求探頭電纜與延長(zhǎng)電纜及延長(zhǎng)電纜與前置器的連接要正確可靠，探頭電纜與延長(zhǎng)電纜的連接接頭應(yīng)用專用的接頭保護(hù)器或熱縮管、絕緣膠帶包好。嚴(yán)禁將接頭裸露，因裸露的接頭一旦與軸承箱等金屬部分接觸，會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的干擾和測(cè)量誤差，甚至系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

就地電纜

前置器通過(guò)就地電纜與監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)相連接。就地電纜應(yīng)選用帶屏蔽層的三芯電纜（對(duì)于速度傳感器可選用兩芯屏蔽電纜），單根的截面積大于等于0.5平方毫米。就地電纜的三根線與前置器上的三個(gè)接線端子應(yīng)接觸良好牢靠，屏蔽層在此處不與任何端子連接，而應(yīng)用膠布包好作絕緣處理。就地電纜與監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)連接時(shí)最好不經(jīng)過(guò)任何端子直接連到監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)的接線端子上。對(duì)于3300系統(tǒng)，應(yīng)將就地電纜的屏蔽層與公共（COM）端相連接。而3500系統(tǒng)是將就地電纜的屏蔽層與監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)上的屏蔽層端子相連接。

監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)

如果監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)不與其他系統(tǒng)（如DCS、PLC、記錄儀等）連接，則應(yīng)將監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)電源背板上的公共（COM）端與框架上的接地端子相連，以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)單點(diǎn)接地，達(dá)到防干擾的目的。對(duì)于3500系統(tǒng)需要將電源模塊背板上的接地開(kāi)關(guān)扳到“接通”的位置，同時(shí)，將COM端與框架地線相連的連接片去掉。

如果監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)還要與其他系統(tǒng)通過(guò)硬接線或接口相連接，這時(shí)應(yīng)從整個(gè)系統(tǒng)防干擾的角度考慮，以實(shí)現(xiàn)單點(diǎn)接地。以監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)與DCS相連接為例，具體接線方式有兩種：一是信號(hào)公共端從監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)上接地。這時(shí)，應(yīng)將監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)上的公共端與接地線的短接線（片）或開(kāi)關(guān)接好，而將DCS系統(tǒng)上的公共端與接地線斷開(kāi)，以保證整個(gè)系統(tǒng)是單點(diǎn)接地。反之，如果DCS系統(tǒng)上的公共端與接地線相連接；則應(yīng)將監(jiān)測(cè)保護(hù)系統(tǒng)上的公共端與接地線斷開(kāi)?？傊粋€(gè)完整系統(tǒng)上的信號(hào)公共端不能夠有兩個(gè)或更多的接地點(diǎn)。

5 故障案例分析

5.1 探頭與延伸電纜接頭進(jìn)水導(dǎo)致壓縮機(jī)停車

故障現(xiàn)象：2006年7月6日，壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，GIA-1157A（7#氣缸）間隙值在2秒內(nèi)突然升高到+15mils以上，K201聯(lián)鎖停車。

分析與處理：現(xiàn)場(chǎng)檢查，前置器輸出-7VDC左右，與監(jiān)視器指示相符，檢查探頭和延伸電纜的接頭，發(fā)現(xiàn)有少量凝結(jié)水，將水清理后回裝，指示恢復(fù)正常，檢查氣缸柱塞室，同樣有水存在，蒸汽竄入氣缸后破壞了電纜的絕緣，是產(chǎn)生虛假信號(hào)的直接原因。利用停車機(jī)會(huì)，將探頭更換為長(zhǎng)纜型，使接頭存在于氣缸之外，從根本上解決了此類故障。

5.2 異物干擾測(cè)量線圈引起壓縮機(jī)停車

故障現(xiàn)象：2012年10月3日，壓縮機(jī)柱塞間隙異常升高，在很短的時(shí)間內(nèi)超過(guò)聯(lián)鎖值，而此探頭的振動(dòng)信號(hào)卻無(wú)異常波動(dòng)，同一柱塞另一間隙值也在正常范圍內(nèi)。

分析與處理：檢查前置器輸出，電壓值與二次表指示對(duì)應(yīng)良好，檢查探頭，發(fā)現(xiàn)其頂端線圈周圍附著大量油污，清除污油后，故障現(xiàn)象消失。這種問(wèn)題主要是由于柱塞與填料摩擦產(chǎn)生的鐵磁物質(zhì)殘留在探頭端部，當(dāng)這些物質(zhì)積累到一定程度時(shí)，就會(huì)對(duì)探頭的測(cè)量產(chǎn)生影響。利用裝置停車機(jī)會(huì)，定期對(duì)探頭進(jìn)行清理，保持探頭測(cè)量線圈的清潔，以減少此類事故的重復(fù)發(fā)生。

5.3 電氣噪聲對(duì)探頭測(cè)量產(chǎn)生的影響

故障現(xiàn)象：2015年11月6日，在壓縮機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，柱塞的兩個(gè)間隙信號(hào)指示正常，其中一個(gè)振動(dòng)信號(hào)出現(xiàn)非周期性發(fā)散變化，一度超過(guò)15mils，另外兩個(gè)振動(dòng)值卻無(wú)異常變化，這種現(xiàn)象在以往也曾多次出現(xiàn)，測(cè)量故障回路，其交流分量明顯高于正?；芈?。

分析及處理：經(jīng)過(guò)分析研究，這種問(wèn)題主要是由于安裝和電纜問(wèn)題所引起。在安裝過(guò)程中，如果存在過(guò)大的安裝轉(zhuǎn)矩會(huì)引起傳感器的局部變形，直接影響其響應(yīng)特性。同時(shí)，在電纜固定方面如果存在電纜抖動(dòng)，則容易通過(guò)電纜電容的改變而產(chǎn)生電氣噪聲，并且所產(chǎn)生的亂真干擾信號(hào)疊加到真正有用的振動(dòng)信號(hào)上。這些干擾因素的存在直接影響測(cè)量的準(zhǔn)確性，并且容易使測(cè)量值產(chǎn)生波動(dòng)。此外，電纜連接頭也是不容忽視的一個(gè)干擾信號(hào)易發(fā)點(diǎn)。電纜連接頭需要牢固的系緊，以防在有油流、空氣流、異常壓力等情況老化。在后來(lái)的機(jī)組檢修中，將探頭豬尾線嚴(yán)格固定，并且把延伸電纜接頭擰緊后用熱縮管做絕緣處理，振動(dòng)信號(hào)的異常波動(dòng)現(xiàn)象明顯減少。

6 結(jié)束語(yǔ)

壓縮機(jī)軸系儀表安裝與調(diào)試是確保機(jī)組安穩(wěn)運(yùn)行的基礎(chǔ)，具有信號(hào)易受干擾、安裝質(zhì)量嚴(yán)苛、屏蔽要求高等特點(diǎn)，在二高壓裝置多年的實(shí)際運(yùn)行中很好的保護(hù)了機(jī)組的安穩(wěn)運(yùn)行。

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