探討天然氣壓縮機的工況檢測和診斷技術

王焱驊

摘 要：近幾年，壓縮機已成為油氣產業中不可或缺的運行設備，并關系到油氣的生產量。因此，本文使用一種基于硬件設施以及軟件設施相結合的檢測系統，將某礦區的一座壓縮機作為研究對象，利用傳感器、轉換板、計算機以及軟件系統等設施對壓縮機的工況進行檢測，并從示功圖中了解該座壓縮機的運行狀況，進而分析該座壓縮機存在的問題，旨在為油氣開采人員提供技術參考。

關鍵詞：工況檢測；傳感器；示功圖；壓縮機；診斷技術

壓縮機主要應用于油氣田開發的采輸階段中，并有著增壓傳輸、氣舉以及增壓回注地層等效果。隨著各地油氣生產規模不斷擴大，油田開發對壓縮機的性能要求也不斷提高，不僅要求壓縮機能夠在重負荷以及連續運轉的條件下運行，還要求壓縮機具備安全可靠的運行性能。現階段，許多壓縮機在高強度的運行條件下容易出現低轉速以及低壓力的情況，并且使用效率也低于45%。因此，各地油氣開采單位應不斷增加壓縮機的研發投入，確保壓縮機能夠在油氣開采中起到增產的效果。

1 檢測系統的基本運行原理

1.1 監控系統中主要硬件設施的運行原理

第一，傳感器。就傳感器來講，其作用是將工況參數進行轉化，包括壓縮機壓力、壓縮機溫度、壓縮機轉速以及壓縮機流量等參數指標，并以電信號的形式輸出給A/D轉換板，以便于工作人員收集到機組的具體工況參數。一般來講，如果傳感器的精確度較差，就難以增加監控系統的準確度。因此，應做好傳感器的采購、位置確定以及安裝等環節的工作，以便為機組的狀態監測以及分析打下基礎。第二，轉換板。就轉換板來講，其作用是將電壓信號進行轉換，并以數字量的形式輸出給計算機。一般來講，轉換板單通道的最大采樣速率可達到38kHz，并且其內部的模擬電路以及邏輯電路能夠利用光電隔離裝置來完成信息交換，使總線部分所受到的干擾不會對模擬電路產生影響，有利于增強A/D轉換板的抗干擾能力。第三，計算機。就計算機來講，其主要作為監測系統的核心部件，不僅能有效完成信息接收、信息分析、信息處理以及信息儲存等工作，還能對A/D轉換板進行控制。一般來講，主要將計算機與顯示器以及打印機等裝置相接連，以便更好地打印出機組檢測報告。第四，示波器。就示波器來講，其主要作為輔助儀器，并用來顯示信號的實際波形。

1.2 監控系統中主要軟件設施的運行原理

一般來講，軟件系統主要包括菜單主控程序以及其他子程序等內容。用戶只需要點擊主菜單便能使用各種功能程序。在確定所選的功能程序后，可立即執行該程序，以此實現工況檢測的要求。

2 檢測系統主要的診斷技術

結合某礦區的具體情況，將型號為的機組作為試驗對象，并以此展開該型號機組故障診斷的全部流程。

2.1 確定主要的測點

第一，進氣口壓力：放置一個傳感器用于檢測壓縮機的進氣口壓力，且傳感器量程為0至2MPa，再將這項參數作為通道1；第二，操作濕度：放置一個傳感器用于檢測壓縮機的操作濕度，再將這項參數作為通道2；第三，出氣口壓力：放置一個傳感器用于檢測壓縮機的出氣口壓力，且傳感器量程為0至30MPa，再將這項參數作為通道3；第四，操作溫度：放置一個傳感器用于檢測壓縮機的操作溫度，且傳感器量程為0至300℃，再將這項參數作為通道4。

2.2 監測示功圖

就示功圖來講，其主要是一個反映壓縮機活塞在不同位置下氣壓變化的曲線。一般來講，從示功圖中不僅能了解機組缸內的平均壓力以及平均功率等參數，還能了解機組氣閥的實際功率損耗、進氣口壓力以及出氣口壓力等參數。因此，將示功圖作為研究基準，可判斷壓縮機是否存在氣閥泄漏、壓力損耗、填料泄漏以及活塞環泄漏等問題。在檢測過程中，壓力傳感器以及計算機能夠對缸內的壓力進行采樣，并能將壓力采樣的起始點以及終止點控制在準確的位置上，再根據幾何尺寸學以及運動學等理論知識進行計算，進而求出不同壓力值與缸內體積的內在聯系。

2.3 分析結果

測試機組；；測試工況：天然氣；進氣口壓力：0.15MPa，低于額定進氣口壓力的最小值0.2MPa；排氣口壓力：18.5MPa，低于正常排氣口壓力的最大值20MPa；操作溫度：65℃，超出最大操作溫度50℃；操作濕度：6%，正常。經過換算，可得出以下結果：壓縮機的最大功率為210kW，吸入閥的功耗損失率為1.5%，排出閥的功耗損失率為1.2%，平均指示壓力為17MPa，吸入容積系數K1為0.58，排出容積系數K2為0.21，壓縮指數K3為0.5，膨脹過程指數K4為1.5。

從示功圖可知：第一，圖中的壓縮線b-d有左移趨勢，而壓縮線d-c則有縮短的趨勢。由此可見，吸氣閥缺乏嚴密性，并存在排氣延遲的現象。第二，圖中的膨脹線c-a有右移趨勢，而吸氣線則有縮短的趨勢。由此可見，排氣閥缺乏嚴密性，并且大量壓縮氣體會在管道中朝著氣缸吸氣端移動。第三，吸氣初始段沒有出現小鉤，可表明吸氣閥以及排氣閥均缺乏嚴密性，并且在吸氣過程中沒有耗費功。

2.4 檢測系統的運行總結

第一，壓縮機選型正確，性能穩定，并且測試數據可靠。第二，該檢測系統具備良好的報警功能，并能提示工作人員及時進行檢修；第三，該檢測系統的示功圖能夠準確顯示出壓縮機存在的故障，有利于將定期維修模式轉化為預測維修模式，增加壓縮機檢測效果。

3 結語

壓縮機作為油氣開采中工作量較多的設備，開采單位應加強對壓縮機的檢測力度，確保壓縮機能夠以良好的狀態運行。目前，基于傳感測試技術以及計算機技術相結合的技術已成為壓縮機檢測的主要方式，并能準確診斷出壓縮機存在的諸多問題。總之，隨著壓縮機診斷技術不斷完善，必將給我國油氣工程貢獻力量。

參考文獻：

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