BH5000網絡化實時監測系統技術應用

摘 要：通過應用BH5000網絡化實時監測系統分析，在機組運行中通過狀態監測判斷、分析生產故障的部位和原因，掌握設備運行狀況，從而為達到預測、預報、預知檢修提供了有力的理論依據及技術支持。文章通過應用實例介紹了BH5000在其應用過程中其發揮的作用。

關鍵詞：往復壓縮機；狀態監測；頻譜；活塞桿沉降；溫度

引言

隨著我廠裝備的大型化以及企業生產自動化程度的不斷提高，維修在現代化企業中的地位日益提高，同時，安全生產、環境保護、節能減排等也成為企業的關注點。往復式壓縮機是石油、化工生產流程中的重要的設備，其運轉關系到整個生產流程運轉狀況。如果運行中的壓縮機出現非計劃停車，將導致一系列問題：影響工藝流程、造成巨大生產損失、增加額外的維修費用、影響人員、環境及設備安全，研究表明80%的非計劃停車是由于氣閥、活塞/活塞桿、填料、活塞桿/支撐環故障引起。為此2009年底我廠在干式氣柜裝置K203往復壓縮機上安裝并投用了由北京博華信智科技發展有限公司與北京化工大學共同研發的BH5000網絡化實時監測系統。

1 BH5000系統簡介

BH5000網絡化實時監測系統是針對往復式壓縮機進行遠程監測是實施狀態監測與診斷的平臺，該系統采用了多種先進技術，可以針對企業用戶不同網絡的特點，形成了一套基于Internet的設備實時在線監測診斷系統，通過在線監測可以提前發現診斷設備故障，防患于未然，將非計劃停車轉為計劃停車，保證設備長周期、安全穩定運行，保證生產流程的正常運行。因此，對往復壓縮機進行綜合監測可以在早期確認設備故障根源、延長壓縮機的運行周期、避免非計劃停機、提高壓縮機的可靠性、降低運行成本、提高產量、增加潛在的利潤、增加人員及設備的安全性。

2 BH5000安裝及功能介紹

（1）鍵相信號-電渦流傳感器；用途：提供信號采集觸發，用于故障診斷參考。

（2）閥門溫度-熱電阻；用途：測量進/排氣閥溫度，監測氣閥故障。

（3）活塞桿位置（沉降/偏擺）-電渦流傳感器；用途：測量活塞桿位置，監測支撐環、活塞環、十字頭等故障。

（4）沖擊信號-沖擊傳感器；用途：測量沖擊信號，監測拉缸、水機、連接松動等沖擊類故障。

（5）殼體振動-加速度傳感器；用途：測量振動加速度、速度信號，監測基礎振動、殼體振動、不平衡類故障。

（6）動態壓力（示功圖/活塞桿載荷）-動態壓力傳感器；用途：測量氣缸內部動態壓力，監測氣閥、活塞環、活塞桿、十字頭大小頭瓦的故障。

2.1 鍵相信號：設置上死點標記

（1）將參考氣缸的活塞盤車到上死點

（2）在飛輪上做標記

2.2 活塞位置

往復式壓縮機通常用支撐環以減小氣缸套磨損和由于活塞與氣缸接觸帶來的損害。活塞桿位置監測主要解決機器運行中，在活塞與氣缸接觸之前，支撐環產生多大的磨損時需要停機。

2.3 動態壓力監測（干柜K203往復壓縮機由于不具備條件未安裝）

檢測往復壓縮機整體運行狀況的最有效的防腐就是監測氣缸壓力。對每個壓縮機的內部壓力進行在線監測，可以實現對氣缸壓力，壓縮比，尖峰活塞桿負荷以及活塞桿反向的連續監測，從而可以獲得吸氣閥、排氣閥、活塞環、填料軸封和十字頭銷的狀態信息。

氣缸壓力通過永久安裝在每個氣缸膛上的壓力傳感器進行監測。氣缸壓力和曲軸位置用于連續的狀態監測和性能計算。對每個連續監測點都可分別進行報警和危急設定點設置。

2.4 十字頭振動

安裝于十字頭上的加速度傳感器能檢測出由沖擊所引起的機械故障，如十字頭松動、液體吸入氣缸或連桿與套筒間隙過大。

由于沖擊引起的是高頻振動，因此加速度傳感器比速度式傳感器更適合于沖擊類的機械故障測量。

在正常情況下，其振動很小，當產生沖擊時，其振動增大，振動波形在每次沖擊表現了如圖7所示的典型的振鈴響應。通過觀察加速度波形，可以很明顯地看到每次沖擊時產生的大幅度的振動幅值增加。

加速度傳感器進行十字頭振動監測可以監測以下機械故障：液體吸入氣缸、十字頭間隙過大、十字頭螺母或螺栓松動、活塞銷圈間隙過大。

2.5 殼體振動

對稱平衡式壓縮機上的氣缸作用在曲軸上的力從物理上講能相互抵消，但是當過程發生變化，如氣閥損壞、刮缸、泄漏等故障時，其作用在機器上的壓力會產生不平衡。

這些壓力經過軸承傳送到殼體，使曲軸在1或2倍的機器運行速度上振動。其機械轉速的1/2倍頻到2倍頻的諧波上也會產生同樣的影響。這些倍頻處的幅值過大顯示了機器有機械或運行問題，例如發生不平衡或不對中等故障。

2.6 氣閥溫度監測

吸氣和排氣閥通常是往復壓縮機中維修率最高的部件。故障閥會明顯降低壓縮機的效率。閥門溫度監測模塊能夠顯示壓縮機閥門溫度并幫助管理往復設備。

采用閥門溫度監測所帶來的好處有：

早期確定損壞和有故障的閥門。損壞的閥門會導致容量變小，效率降低或由于閥門部件落入氣缸而損壞氣缸套。

確定活塞頭與曲柄端之間是否有由于活塞環的損壞而帶來的氣體泄漏。

3 BH5000在線監測實例

2011年7月6日11：30停K203，該機組運轉周期到計劃檢修，K203瓦斯壓縮機2011年7月14日檢修完畢，經拆檢活塞環、支撐環、密封都有不同程度的磨損，活塞最大磨損量為5mm，支撐環最大磨損量為1.5mm，對磨損的部件進行了更換處理，氣閥均為修復閥。7月15日11：00開K203運行，通過BH5000網絡化實時監測系統的分析發現機組存在的問題。

從1級缸情況分析如下：

（1）1級缸活塞桿沉降量自2011年7月15日開車后一直處于增大趨勢，目前沉降量相對變化量已接近500μm。與此同時，2011年9月后1級缸活塞桿沉降量出現300μm 左右的波動，觀察歷史比較圖發現活塞桿沉降直流量存在400μm左右的變化。

（2）觀察1級缸活塞桿沉降與缸體振動波形，發現9月20日后，缸體振動在0度、360度左右（活塞換向點）顯著增大，同時，沉降波形交流量也在0度、360度左右發生顯著變化。

從2級缸情況分析如下：

（1）2#缸運行趨勢相對平穩，觀察歷史比較圖發現2#缸活塞桿沉降波形自7月開車以來直流量相對增大100μm左右；9月份2#缸沉降量變化相對平穩，缸體振動無明顯異常變化。

（2）K203瓦斯氣壓縮機組診斷分析結論

根據上述現象，經初步分析，結論如下：

（1）1#缸支撐環、活塞環已發生較大磨損，缸體振動因磨損加劇也存在增大趨勢，目前沉降量與缸體振動均出現報警。

（2）2#缸的支撐環、活塞環自更換后也存在一定磨損，9月份的運行狀態相對平穩，未來需要繼續關注其運行趨勢。

（3）考慮到K203機組工作環境較為惡劣，壓縮氣體雜質含量較多，1#、2#缸活塞桿沉降量顯示兩缸支撐環考慮到機組工作環境較為惡劣，壓縮氣體雜質含量較多，1#、2#缸活塞桿沉降量顯示兩缸支撐環、活塞環等元件已出現一定磨損，結合現場情況在50%負荷時機組聲音出現異常，計劃進行停車檢查。

2011年10月8日現場檢查發現機組一級缸聲音有異常，結合BH5000網絡化實時監測系統反映出一級缸活塞沉降量逐漸升高已達到報警值，并且一級缸缸體振動也出現報警，同時一級缸撞缸次數間斷出現報警，于是8日16：10停K203。安排停機進行檢修，聯系施工單位打盲板完畢后鉗工進行檢修，經拆檢發現一級缸有輕微拉傷，由于發現及時經機動科同意安排鉗工對一級缸拉傷處進行研磨，由于停車及時未造成更加嚴重的后果。鉗工更換一二級活塞環、支撐環。從活塞環、支撐環的磨損量來看不是很大一級活塞環最大磨損量：4.4mm（活塞環原尺寸27mm），一級支撐環最大磨損量：4.0mm（支撐環原尺寸17mm），原因分析：主要是瓦斯氣中含有液態及粉塵的夾帶雜質，并且沉淀物具有較強的粘度，造成粘連在氣缸內壁致使活塞在進行往復運動時加速對氣缸的磨損。檢修完畢后于10月10日20：00啟動K203，運行時發現一級缸有撞缸聲音，于是停機檢查發現一級死點間隙小進行調整10月12日0：25開機運行，10月17日由于K203二級缸有異常聲音聯系鉗工將頂絲緊固后正常。10月26日檢查二級缸進氣閥有兩只溫度偏高，最高1只在62℃，另一只在52℃，并且一級排氣壓力升高，10：50停K203，聯系鉗工檢修，拆下二級進氣閥檢查發現填料冷卻水沿活塞桿流入缸內，聯系鉗工同時更換二級填料密封，主要是：O型橡膠圈腐蝕老化造成密封不嚴。進氣閥閥體溫度過高原因是：由于進氣閥有漏氣現象，排出的高溫氣體漏進氣缸，造成進氣閥溫度偏高。10月27日9：15 開K203機，運行正常。

4 結束語

往復壓縮機設備狀態監測系統作為一項新技術，已得到全世界范圍內的重視。近幾年，在很多企業已經運用了這項技術，但是技藝還不成熟，在管理方面還沒有統一的標準來規范運行，需要投入更多的精力和資金，實現設備狀態監測的不斷發展和創新。

參考文獻

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作者簡介：許建兵，男，現為中石油股份公司烏魯木齊石化分公司煉油廠公用工程二車間設備助理工程師，多年從事設備管理工作。