智能監測系統在往復式壓縮機上的應用

摘要：往復式壓縮機在工業生產中起著重要作用，但是機組具有易損件多、故障頻繁等特點，一旦發生故障，后果較為嚴重。目前往復式壓縮機運行監測主要是依靠人工數據采集及研判，來確定機組維修時間及項目，效率低，準確性差。對智能狀態監測系統在往復式壓縮機上的應用進行研究，重點對監測系統測點布置、功能模塊進行介紹，并結合實例，分析狀態監測對往復壓縮機監控的可靠度。

關鍵詞：往復式壓縮機；智能監測；預警；報警

一、前言

往復式壓縮機具有易損件多、故障頻繁等特點，在工業生產中往往起著氣體壓縮、輸送的重要作用。往復式壓縮機一旦發生故障，后果較為嚴重，尤其對于加氫類裝置，易導致氫氣外泄、著火爆炸事故。其故障監測診斷與檢維修工作一直是煉廠的工作重點。目前對往復式壓縮機監測主要以ESD參數監控、現場數據人工采集，再通過人工判斷，研判機組工況。由于監測工作量大，且監測的真實性和對故障判斷的專業性也是管理難題，導致壓縮機故障檢修甚至事后維修依然存在，機組安全得不到保障。智能監測診斷系統，通過安裝在往復式壓縮機上的各類傳感器，實現對機組運行狀態的實時監測、分析診斷，根據往復式壓縮機的失效模式，監測系統針對性地進行預警、報警，并通過采集數據的轉化，形成圖譜以供分析診斷，是故障檢修向預知性維修轉變的重要手段，實現低成本高效率維修。

本文主要結合往復壓縮機的故障模式，從監測參數選擇、監測位置布置、智能狀態監測診斷系統軟硬件組成及功能模塊等進行論述，并結合實例說明該監測系統的應用效果進行分析論述和總結，提升機組運行風險管控能力。

二、往復壓縮機的故障類型

往復式壓縮機的故障類型主要有：氣閥故障，包括異物卡澀、閥片斷裂等導致泄漏，嚴重時氣閥無法做功；活塞環、支撐環故障，包括本體磨損，運行過程斷裂導致氣缸介質泄露，活塞桿下沉量增加，嚴重時損壞機組；活塞桿故障，運行中出現裂紋變形，嚴重時斷裂；十字頭瓦、連桿頭瓦、主軸瓦故障，潤滑不良，負荷配比不當導致軸瓦磨損、燒瓦；機組液擊、撞缸、超溫、超壓等。圖1是某煉廠24臺往復式壓縮機近5年內的故障類型統計。

三、往復壓縮機智能監測系統的選擇及功能概述

根據統計數據，如果能通過監測手段對故障現象進行提前預判，實現狀態性維護，那么將對設備的安全運行帶來極大的保障。根據統計的故障類型，同時結合往復式壓縮機的故障機理，確定往復式壓縮機智能監測系統的功能開發及監測設置。2023年，煉廠設備技術人員通過研判，選取了4臺介質危害性較高、使用頻率高的機組進行監測系統增設，對設備監測參數選擇、監測位置布置、監測圖譜生成及預警報警功能進行優化，使用狀況良好[1]。

（一）智能監測系統構架

現場安裝的傳感器對設備振動、相位、溫度、位移等參數進行采集，通過信號線接入到數據處理中心，對數據進行轉換和處理，由監測軟件生成需要的各類圖譜。各監測數據顯示在網絡平臺，管理人員可在網絡平臺中查看機組的運行狀態及各監測參數和圖譜。在監測軟件中可根據機組的實際工況及特性設置合理的預警、報警門限，實現異常信息報警推送功能，以達到故障的早期發現、分析和處理。

（二）傳感器布置設置（見表1）

（三）測點布局

傳感器功能描述及現場安裝（見圖2）。

1.氣閥溫度測點

用途：測量進/排氣閥溫度，監測氣閥故障。監測位置為氣閥閥蓋上的溫度，傳感器通過磁力探頭吸附在閥蓋表面，可對氣閥泄漏、閥片斷裂等故障進行有效監測。

2.活塞桿位置測點（包括活塞桿沉降/水平方向的監測）

用途：測量活塞桿下沉量，通過下沉量變化監測活塞桿在運行中的偏擺量，用以判斷支撐環、活塞環、十字頭等的故障現象。傳感器為趨近式探頭，利用支架安裝在氣缸中體內，通過測量傳感器探頭與活塞桿位置間隙變化量進行測定。

3.十字頭沖擊測點

用途：測量十字頭沖擊能量，該傳感器為加速度傳感器，利用螺紋連接安裝在十字頭滑道上方，通過測量振動速度的變化率，實現沖擊能量的監測，缸體液擊、連接松動、活塞桿斷裂等沖擊類故障可實現在線監控。

4.曲軸箱振動信號

用途：測量曲軸箱振動速度大小，傳感器通過螺紋連接安裝在曲軸箱兩端，用以監測曲軸損壞、主軸瓦故障、基礎松動、管系及缸體氣流脈動等故障現象。

5.鍵相信號

用途：提供信號采集觸發，用于故障診斷參考。在飛輪上粘貼貼片，通過曲軸箱側安裝的電渦流傳感器，提供觸發信號，用于基于角度域（相位）的故障診斷分析[2-3]。

（四）監測系統分析診斷功能

1.數據采集、上傳、圖譜轉換功能

數據采集系統支持多通道在線連續和間隔采集功能，可根據實際需要任意配置，采樣率可超過100KHz/通道。采集上傳數據具備趨勢分析、多參數分析，信號涵蓋往復式壓縮機故障模式齊全。分析軟件轉換圖譜多樣，可供分析人員調閱查看分析，包括：單值棒圖、活塞桿位置軌跡圖、十字頭沖擊能量圖、多參數分析診斷圖、各類振動波形圖、相位圖、趨勢圖等。各類信號引入到監測系統平臺，實現可視化分析診斷功能，滿足管理人員故障分析使用要求。

2.數據處理功能

振動、位移、溫度等趨勢數據，每個數據點對應一組原始數據波形，數據量遠大于常規溫度、壓力監測。單個波形數據點數超過10000個，可根據具體情況進行配置，每分鐘處理數據量超過500MB。如果機組發生異常，快變或緩變報警，邊緣計算模塊將自動實現數據加密連續采集。

3.故障早期敏感特征提取與智能預警功能

實現自定義趨勢預警、多工況維度預警、多參數穩態關聯報警等故障智能預警功能，針對振動波形敏感相位進行分段報警設置，根據敏感特征與故障關聯性劃分報警危險級別，進一步與現場短信報警提示、聲光報警提示功能結合，大幅提升往復壓縮機故障報警準確率，降低誤報率、漏報率。

現場智能預警診斷系統覆蓋了趨勢、波形、角域、頻域等多參數特征；可根據數據穩態變化趨勢設置報警邏輯、并設置報警危險等級（常規過線報警+智能1、2、3級），并實現了報警結果三維可視化展示，顯著提升了系統的實際應用效果[4]。

四、智能監測系統投用后的應用案例

2023年9月20日，某裝置往復式壓縮機K101-A智能監測系統顯示3缸振動變化量超過預設值，出現智能預警，過線報警未觸發。設備分析人員通過對壓縮機數據分析，判斷機組3缸出現松動裂紋故障，后停機解體檢修，確認三缸缸套出現裂紋，因故障發現及時和準確，未對生產造成影響，同時因為故障點判斷準確，大幅縮短了檢維修時間。

分析結論：3缸缸體振動有小幅上升趨勢，振動波形存在三處沖擊，沖擊間隔為130°與110°，活塞桿沉降量峰值同樣存在異常跳變波動，波形有毛刺狀沖擊，間隔也為130°與110°，初步分析懷疑三缸缸內元件或活塞相關部件可能存在配合松動、裂紋等異常情況，導致氣缸內部出現磨損類異常沖擊。建議檢查三缸活塞桿組件、氣缸、缸套等元件有無損傷或配合松動等情況。

處理情況：停機后對3號缸進行檢查，發現缸套定位孔處有裂紋，對缸套進行更換。

五、結語

上述實例說明，智能監測系統的投用，對往復式壓縮機的安全運行提供了保證，監測的可靠性較高，實現了對機組運行狀態的實時監測、分析診斷，通過多種專業化分析圖譜和監測診斷報警手段為設備管理帶來了便捷，是故障檢修向預制性維修轉變的重要手段，實現了低成本高效率維修[5]。同時該系統投用，用戶也需要對故障現象和圖譜關聯不斷總結，完善預警和報警功能，提升智能監測系統的可靠度。

參考文獻

[1]李坤，田慧欣，酈磊，等.往復式壓縮機運行狀態智能監測系統[D].天津：天津工業大學，2021.

[2]李進.海洋石油往復壓縮機在線監測智能預警診斷技術研究[J].北京石油化工學院學報，2021，29（02）：24-29.

[3]張生晨.礦井空氣壓縮機智能監測監控系統升級設計及應用[J].機械管理開發，2021，36（04）：202-203+216.

[4]邢軍.一種基于微型壓縮機的高壓配電柜智能除濕裝置設計與應用[J].電工技術，2020（20）：103-104+106.

[5]王磊，趙志超，岳三琪，等.基于智能狀態監測系統的管線壓縮機軸位移故障預警分析[J].風機技術，2020，62（S1）：62-65.

作者單位：烏魯木齊石化煉油一部

責任編輯：王穎振 鄭凱津