大型壓縮機組軸位移振動監控系統改造

王立新,朱克堅

(中石化股份公司天津分公司,天津 300270)

0 引 言

大型機組監測系統(TSI)是主要用于實時監測轉動設備(壓縮機組等)工作參數,并提供指示、報警、跳車保護的一種系統。天津石化PX裝置裝有3臺壓縮機組(電機拖動),其配置的 TSI為本特利7200系列產品。該系統已近30年,由于產品較早,存在諸多缺陷與不足,如:調試麻煩、備件通用性差且短缺、沒有安裝鍵相器不利于振動故障分析等。為此對原機組進行改造,將其中兩套壓縮機組的7200系列監測設備合為一套3500監測系統,并增加鍵相探頭,更換探頭、前置放大器。同時將3500監測系統的數據傳送至上位的S8000機組監控分析系統。

1 系統說明和解決方案

1.1 3500監控系統簡介

a)3500監測系統的框架為標準的19 in(1 in= 25.4 mm)高密度框架(可配置14個模塊,56個通道)。每塊模塊有4個通道,可實現兩種不同的監測項目,使實際使用的模塊數量減少至原7200系列所用模塊的一半。

b)軟件組態,無需對硬件操作,降低硬件損壞危險。3500系統可通過組態設置卡件的定義、量程、報警值等。而7200系列則是靠調節監測儀表卡件里的電位器來進行各參數的調整;且監測儀表的功能與量程均在出廠時就固定了,需要在訂貨時就將各類型寫入訂貨清單內提供給TSI制造廠家。

c)備用電源,自動切換。3500監測系統可放置上、下兩塊電源,其中一塊可作為備用電源。當主電源失電,備用電源將自動切換為主電源,使該套系統能繼續正常工作,使保護作用不間斷,而7200系統則不能做到冗余切換。

d)模塊兼容,利于備件。3500監測系統模塊主要分為鍵相模塊(3500/25);偏心、軸向位移、振動模塊(3500/42);差脹、LVDT模塊(3500/45);轉速模塊(3500/50);繼電器模塊(3500/32);通信網關(3500/92)等幾大類。具體各模塊實現的功能則完全由計算機來完成,因此對機組重要參數的監測只用少量種類模塊即可實現。用戶在做備品備件時也相應減少了許多。

e)4通道、16通道可編程繼電器,軟件編程,多層邏輯,應用自如。3500監測系統的繼電器模塊,可對此模塊所在的框架內各類監測參量進行“與”和“或”等多重邏輯運算并發出一組開關量信號。而7200系統的開關量信號則是從各模塊自身發出的,若要將多模塊進行邏輯運算后再發信號,則需要通過外部硬邏輯接線來實現完成,降低了可靠性。

f)機組圖顯示,綜觀全局,一目了然。3500系統面板顯示的功能可顯示各監測參量的實時值、棒狀圖、趨勢圖、間隙電壓值、狀態量等,也可顯示整體機組的機組圖。

1.2 改造前機組配置情況

改造前監測儀表系統配置為機體和齒輪箱軸承上安裝14個探頭(電渦流探頭)測量軸的振動和位移。原2套機組7200監測系統用了2個7200框架,占用空間大,配備電源多,備品備件多。另外,7200系統還存在以下缺陷:11 mm探頭線性不好,每次校驗及標定后,線性補償很難完善,造成誤差。無鍵相探頭造成無法對機組進行更高層次的分析診斷。改用3500監測系統后這些問題迎刃而解,2套機組的TSI系統只需用1個3500框架。但如何選取測點和安裝測量裝置成了改造的難點。

1.3 改造內容

針對以上長期運行過程中出現的問題,在保留原有全部監測功能的情況下,做如下改造:

a)分別為機組增加了鍵相檢測探頭。前置器系統被安裝好之后,在軸上加工了一個“凹槽”鍵相探頭,在“凹槽”的部位相比正常的振動或距離測量會產生明顯的電壓變化,產生一個電壓脈沖,這樣可以應用鍵相位測得機組的轉速。“凹槽”的部位最小靶面(方或圓面,深1 mm)應不小于探頭的2倍,機組內部空間恰在其浮動范圍內,調試當中,手動盤車時傳感器間隙電壓變化幅度超過了4 V,試車中測量準確,滿足要求。

b)將7200系統8 mm探頭改成線性較好的3300XL 8 mm探頭(2008年大修時更換),延伸電纜和前置器配用3300XL標準的5 m電纜。按照該探頭線性的要求(線性范圍:10～90 mil(1 mil= 0.001 in=25.4μm),即Δ=2 mm),對平均比例系數A S F進行了計算:

由上式可知線性的中間位置是9.75 V,所以對軸向位移間隙電壓,調整至-10 VDC,既要避開死區電壓(3 V以下),又要使其工作在線性區。室內將7200監控系統拆除,更換為3500監控系統。

c)采用3500/93系統顯示裝置代替原有指針指示,LCD顯示器與3500框架安裝在一起(也可遠離框架到1 200 m),3500/93采用3500數據采集和操作顯示軟件,為所有3500機械保護系統的信息提供顯示。顯示信息包括:系統事件列表、報警事件列表、通道狀態和數據。3500/93顯示器具有以下功能:在8×16的LCD顯示屏上,可以有8個棒圖或16個文本的單一色彩數據顯示;在每一個通道上有彩色的報警/危險LDE指示(OK:所對應回路正常指示燈;DANGER:所對應回路危險指示燈;ALERT:所對應回路報警指示燈);所有來自監測器內的數據,均按照缺省的組態方式顯示;具有52種用戶可組態的數據顯示方式。在LCD顯示器上,有三類顯示內容:User Defined Sets(用戶自定義)、Display Modes(顯示模式)、Utilities(功能區)。在上位計算機出現問題時,工藝操作人員可以通過LCD顯示面板掌握(C-501、C-701)機組的機械保護系統的運行情況,系統具有安全冗余的功能。

當系統出現異常時可發出報警,同時,通過3500/32卡的邏輯程序將報警信號送入原有儀表盤報警系統進行聲光報警。

d)為進一步提高機組的管理水平,在現有基礎上增加了一套3500系統專用數據采集及計算機監控系統。該系統采用3500系統提供的數據,能夠真實地定義出運行狀態和機器的狀況,可提供優化機器運行所需要的信息,在保護系統發出報警和遮斷信號之前,識別出早期的機器故障。為此專門配置了一臺DELL工控機,安裝本特利3500數據采集/ DDE服務器軟件和操作員顯示軟件,用于組態、調試及顯示等,在機組圖顯示的同時,3500監測系統也能將實時采集的數據按10 min,20 min,1 h等設置的不同間隔存儲在計算機內,形成歷史趨勢,便于查找、分析。另外通過RS-232接口和3500/25卡的輸出,還可將更多信息送至S8000機組監控分析系統。

2 機組改造后的投運情況

目前該機組的監測系統運行良好,對所需監測的參數提供了有效的數據。發現新的監測模塊在檢修過程中具有如下優點:

a)系統穩定性、精確度都較高,80 mil線性范圍內,以0.25 mm的增量測量時,包括互換性誤差在內為7.87±5%V/mm。

b)機組轉速從0～100%連續可測,無死區,這對于大型壓縮機組的開、停機是非常有意義的。

c)通過觀察,探頭零點電壓變化很小(對應于特性曲線電壓20 VDC,變化在100 mV以內),線性度好。

d)用戶根據生產實際需要,通過用于繼電器組態的DIP開關,可將繼電器組態成正常情況下通電或正常情況下不通電。

e)接頭是連接探頭、延伸電纜和前置器的重要部件,對系統的可靠性、穩定性有很大影響。以前使用系統接頭可靠性差是主要故障原因之一(經常松動,接觸不好),而3300XL探頭、延伸電纜和前置器都有帶防腐蝕的CiickLocTM鍍金銅接頭。

f)由于新增加了線性補償功能,在對軸向位移等重要參量進行聯調的過程中,可以輕松地通過3500軟件內的設定零位電壓、修改線性度等功能來完成報警值、停機值的模擬校驗以及零位安裝。即使探頭的特性曲線發生了重大變化(需在探頭允許的衰減范圍內),也完全可以將其修正精確,使其在需要時發出報警、停機信號時能夠正確動作。

在機組試車當中,3500監控系統起到了立竿見影的效果。大修中C-701機組更換轉子,檢修后C-701試機運行,機體上A,B,C,D點振動值嚴重超限,有的甚至軸振在短短幾秒內由10μm以下上升至148μm,超過量程,而齒輪箱振動探頭E,F指示平穩正常。此后又經過2次試機,均存在此問題。機體上A,B,C,D點為X&Y方式安裝,兩個探頭在同一平面正交安裝。在排除了儀表回路和工藝氮氣壓力調整可能造成機體喘振等故障因素后,通過3500監控系統和S8000監控診斷系統共同診斷,確認機體安裝不存在質量問題,只能是轉子自身問題。果然在機組重新解體檢修中,發現轉子受到輕微磁化,造成3300 XL 8 mm電渦流傳感器輸出超限所至。更換了轉子之后故障消除,機組于2008年10月23日試車成功。

3 控制系統投用效果及展望

PX裝置機組軸位移軸振動監控系統投用以來,工作狀況穩定,流程圖、參數表、報警信息畫面和趨勢圖畫面多種顯示方式直觀明了,還可以進行波形和頻譜圖分析,尤其是在大修之后試車當中,對機體轉子帶磁故障的分析判斷過程中提供了科學的、可靠的依據,受到了工藝人員的一致好評,使關鍵大型機組得到更好地保護,可靠性大為提高。

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