往復(fù)壓縮機氣閥故障診斷新方法的應(yīng)用研究

肖文軍，陳凱

（中國石油天然氣股份有限公司獨石化公司煉油廠，新疆 克拉瑪依 834000）

往復(fù)壓縮機氣閥故障診斷新方法的應(yīng)用研究

肖文軍，陳凱

（中國石油天然氣股份有限公司獨石化公司煉油廠，新疆 克拉瑪依 834000）

利用BH550振動監(jiān)測綜合分析檢測儀器，拓展應(yīng)用到對往復(fù)壓縮機氣閥狀態(tài)監(jiān)測中，對壓縮機氣閥振動頻譜進行監(jiān)測對比分析，確定故障頻譜類型，判斷出氣閥故障類型，以提高氣閥故障分析準(zhǔn)確性，對壓縮機氣閥故障準(zhǔn)確判斷具有指導(dǎo)意義。

往復(fù)式壓縮機；氣閥；故障診斷

0 引言

獨石化公司煉油廠加氫聯(lián)合車間共有9臺往復(fù)式壓縮機，其中有6臺進口大型往復(fù)式壓縮機，在這些大型壓縮機中，存在許多氣閥突發(fā)性故障問題，對裝置安全平穩(wěn)生產(chǎn)造成極大影響。為避免氣閥突發(fā)性故障的發(fā)生，提高機組安全性、可靠性，需要提前發(fā)現(xiàn)壓縮機氣閥故障前期故障征兆，在故障發(fā)生前做到計劃性檢修，避免突發(fā)性故障對生產(chǎn)造成的沖擊。產(chǎn)生氣閥故障的原因很多，其中閥片、彈簧、等方面的故障占故障總數(shù)的60%以上，也是日常維護檢修的主要工作內(nèi)容（圖1）。

圖1 壓縮機結(jié)構(gòu)示意圖

氣閥是壓縮機承載輸送氣體介質(zhì)的關(guān)鍵部件之一，在實際工況中，有兩個過程氣閥是運動的，是吸氣過程和排氣過程，隨著壓縮機轉(zhuǎn)速的不同氣閥開啟次數(shù)也不同，這也確定了氣閥閥片的受到?jīng)_擊頻次也不同。氣閥開啟、閉合等狀態(tài)產(chǎn)生的沖擊載荷會形成有規(guī)律振動信號，是一個脈沖過程，因此收集分析氣閥固有的沖擊信號特征，對異常故障信號特征進行分類驗證，就能做到預(yù)知性判別氣閥的故障，對壓縮機長周期運行提供可靠保障（圖2）。

圖2 氣閥結(jié)構(gòu)示意圖

BH550離線狀態(tài)監(jiān)測綜合分析儀具有數(shù)據(jù)采集、信號處理及分析等功能。該系統(tǒng)采用中間件技術(shù)，通過中間件與數(shù)據(jù)庫建立聯(lián)系，這樣可完成故障診斷、故障報警、網(wǎng)絡(luò)通信功能。

監(jiān)測人員對采集的氣閥加速度及沖擊信號進行多種工具應(yīng)用分析，結(jié)合數(shù)據(jù)庫故障特征，就可以判斷出氣閥的實際工作狀態(tài)。

目前我廠利用BH550離線狀態(tài)監(jiān)測綜合分析儀對往復(fù)式壓縮機氣閥進行監(jiān)測，多次成功進行對氣閥故障診斷案例，現(xiàn)場拆檢維修驗證，表明該監(jiān)測方法可靠有效，能夠為往復(fù)壓縮機氣閥各種故障提供準(zhǔn)確指導(dǎo)。

1 確定故障頻譜方法

往復(fù)壓縮機氣閥內(nèi)零運動主要是閥片承受沖擊力，其隨著壓縮機工作往復(fù)運動，氣閥閥片產(chǎn)生的沖擊脈沖信號及振動頻率是相對穩(wěn)定的，完好狀況的氣閥的振動信號特征可通過初始監(jiān)測保存下來，作為后期振動及脈沖信號的判別標(biāo)準(zhǔn)，定期的監(jiān)測和收集異常特征頻譜，通過現(xiàn)場壓縮機運行狀況加以判別分析去除氣流、環(huán)境、系統(tǒng)管路等影響，對重點分析的信號特征、異常數(shù)據(jù)等狀況，必要時可停機檢查驗證，以確定故障信號特征，建立故障判別依據(jù)和標(biāo)準(zhǔn)。

對壓縮機氣閥的狀態(tài)監(jiān)測，在實際應(yīng)用中主要通過包絡(luò)圖、趨勢圖、波形圖等分析方法，壓縮機壓縮氣體產(chǎn)生的氣體壓力作用在閥片上，是瞬時作用力，閥片對閥座和升程限制器的碰撞產(chǎn)生的沖擊形成的脈沖振動頻率，是相對穩(wěn)定的，通過閥片運動的加速度和位移我們可以計算出氣體力的變化情況，隨著加速度的變化，位移也發(fā)生變化，氣閥在實際工作中就表現(xiàn)出不同的故障頻譜，例如氣閥閥罩固定頂絲松動通過加速度數(shù)據(jù)的變化，可以判別分析確認(rèn)，而閥片斷裂、氣閥彈簧損壞等，通過包絡(luò)分析就可以判斷出故障。

在實際應(yīng)用中，首先對壓縮機氣閥初始狀態(tài)所具有的特征頻譜進行采集保存，制定監(jiān)測周期，初次應(yīng)用建議每天1次，周期為3個月。主要把氣閥初始狀態(tài)頻譜及沖擊頻率圖譜相對固定下來，做為參考依據(jù)。后期為每周2次，按常規(guī)要求對氣閥進行監(jiān)測的數(shù)據(jù)采集，把采集的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)分析軟件，進行各種頻譜特征的分析展現(xiàn)，分析人員依據(jù)前期初始狀態(tài)正常氣閥的相應(yīng)頻譜進行比對，初步分析出故障范圍。由于氣閥故障的頻譜影響因素較多，因此故障診斷應(yīng)從多個頻譜中分析，從中尋找異常典型的信號數(shù)據(jù)或頻譜特征來判定氣閥故障，用多組數(shù)據(jù)、多種圖譜確定故障類型（圖3）。

2 診斷分析案列分析

圖3 故障診斷過程框圖

案例1：80萬/年催焦化柴油加氫裝置K-101B壓縮機，在某時間巡檢時，發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫北缸氣閥有異響，為準(zhǔn)確判別故障，增加了該壓縮機氣閥的監(jiān)測頻次 ，通過相對集中的監(jiān)測發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫南、北缸各有兩個進氣閥監(jiān)測數(shù)據(jù)超標(biāo)，它們分別是：IV/311（循環(huán)氫北缸東面進氣閥）、IV/312（循環(huán)氫北缸西面進氣閥）、IV/301（循環(huán)氫南缸東面進氣閥）、IV/302（循環(huán)氫南缸西面進氣閥）；IV/101（新氫一級東面進氣閥）、IV/201（新氫二級東面進氣閥）、IV/201（新氫二級東面排氣閥）見圖4。

從上述氣閥的監(jiān)測數(shù)據(jù)看都有上升趨勢。以氣閥IV311、 IV312舉例如圖5所示，本月份監(jiān)測氣閥運行加速度值分別為3.8m/s2、5.1 m/s2，次月監(jiān)測數(shù)值已經(jīng)達到8.8 m/s2、10.1 m/s2。

圖4

在上述頻譜監(jiān)測的數(shù)據(jù)分析中， 壓縮機氣閥的振動波形圖在周期內(nèi)有上升趨勢，在包絡(luò)波形圖如圖6所示，與前期初始狀態(tài)的包絡(luò)圖譜存在很大不同，沖擊頻譜峰值尖銳密集，說明存在故障特征，壓縮機氣閥（編號IV/312 IV/302）也存在上述氣閥包絡(luò)波形圖相似狀況；同時我們也觀察到在氣閥包絡(luò)波形圖上整個監(jiān)測周期中，存在一個顯著的沖擊并且能量相對較大峰值（圖7），而編號IV/101 IV/201 IV/201的氣閥包絡(luò)波形也很相似，存在周期內(nèi)氣閥關(guān)閉時較大的沖擊力峰值，但波形方面沒有差異。

依據(jù)監(jiān)測分析的判斷，維修人員擇機對該壓縮機氣閥進行檢修，拆檢發(fā)現(xiàn)編號（IV/311、IV/312、IV/302）壓縮機進氣閥載荷調(diào)節(jié)器頂桿限位卡簧斷裂損壞（圖8所示），同時伴隨發(fā)現(xiàn)有閥片嚴(yán)重吹蝕（圖9所示），失去限位的頂桿在外力作用下，產(chǎn)生撞擊從而產(chǎn)生包絡(luò)頻譜圖的異常峰值，而且與前期監(jiān)測頻譜基本吻合。

圖5

圖6

圖7

圖8

圖9

案例2：某時間上午，維護檢修人員在巡檢過程中發(fā)現(xiàn)加氫聯(lián)合直餾柴油加氫裝置K-101/B壓縮機循環(huán)氫缸存在異常聲響，通過監(jiān)測看出南缸兩個進氣閥加速度監(jiān)測數(shù)據(jù)升高（圖10），同時觀測到壓縮機流量有下降趨勢，對氣閥進行數(shù)據(jù)采集（在氣閥不同部位進行采集）。

將多組采集的數(shù)據(jù)通過系統(tǒng)分析發(fā)現(xiàn)循環(huán)氫南缸的兩個進氣閥（閥編號：IV/301，：IV/302）數(shù)據(jù)超標(biāo),查看編號IV/301近期趨勢圖，有跳躍上升趨勢，加速度值由1.9m/s2突變到7.83m/s2，并且查看IV/302也發(fā)現(xiàn)跳躍上升的趨勢，以IV/301（圖11）。

我們對前期采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)通過包絡(luò)波形圖分析，IV/301的波形圖，存在沖擊峰值，沖擊峰值呈現(xiàn)周期性的變化；IV/302也存在一些均勻的沖擊，沖擊能量從圖上明顯看出有峰值也存在周期變化（圖12）。

從進氣閥的頻譜圖進行進一步分析，IV/301在 4000Hz與4800Hz這一頻帶上出現(xiàn)較為明顯的峰值，頻譜頻帶窄、數(shù)值大，編號IV/302在3200Hz與4500Hz在這一頻率上存在較為明顯的峰值，頻帶寬數(shù)值小（圖13）。

依此分析，判定 IV/301氣閥存在故障，IV/302從包絡(luò)波形圖上可以看出存在相互干擾的頻譜存在，說明有多項組件存在問題。維修人員擇機對該機進行檢修，拆檢后發(fā)現(xiàn)IV/301氣閥的彈簧損壞（圖14），而氣閥IV/302的多組閥片已經(jīng)損壞，同時氣閥座外緣結(jié)焦，部分閥片斷裂碎片脫嵌入閥流道內(nèi)（圖15）。

3 結(jié)語

采用離線BH550狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)在往復(fù)式壓縮機氣閥故障診斷中的應(yīng)用，是一次狀態(tài)監(jiān)測應(yīng)用的拓展，任何運動部件產(chǎn)生的沖擊頻譜通過狀態(tài)監(jiān)測儀器的收集都可以建立判別故障的依據(jù)，在分析方法上采用包絡(luò)分析對壓縮機氣閥振動加速度數(shù)據(jù)進行融合，經(jīng)BH550客戶端軟件分析后可形成氣閥故障診斷頻譜，經(jīng)過多次現(xiàn)場檢修驗證，故障頻譜特征能夠有效提高故障診斷準(zhǔn)確率，判定壓縮機氣閥故障需要對氣閥監(jiān)測數(shù)據(jù)從不同測量部位收集，氣閥內(nèi)零故障產(chǎn)生的頻率是存在相互干擾的，因此收集分析需要基于長期的監(jiān)測比對，建立自己的頻譜數(shù)據(jù)庫，分析與檢修現(xiàn)場的相互驗證，及時修正分析策略方法，這樣才能更好的提高故障監(jiān)測判別準(zhǔn)確率。

圖10

圖11

圖12

圖13

圖14

圖15

[1] 郁永章等.壓縮機工程手冊[M].北京：中國石化出版社.

[2] 竇唯.壓縮機技術(shù)[M].沈陽:沈陽氣體壓縮機研究所.

[3] 中國機械工程學(xué)會設(shè)備與維修工程分會編.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)及其工程應(yīng)用[M].北京：機械工業(yè)出版社.

TH45

A

1671-0711（2016）12（上）-0076-05