往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障及在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的應(yīng)用

潘鑫

（渤海鉆探工程有限公司油氣合作開發(fā)分公司，天津 300280）

1 往復(fù)式壓縮機(jī)常見故障

往復(fù)式壓縮機(jī)常見的故障一般分為動(dòng)力性能故障和主要零部件的機(jī)械故障。兩種故障的表現(xiàn)形式有所不同，動(dòng)力性能故障主要表現(xiàn)是往復(fù)式壓縮機(jī)的進(jìn)氣量、排氣量、排氣溫度以及由于設(shè)備冷卻系統(tǒng)故障而導(dǎo)致機(jī)械整體的熱力參數(shù)發(fā)生變化，稱作動(dòng)力性能故障；主要零部件的機(jī)械故障的產(chǎn)生主要是由于機(jī)械設(shè)備長期處于長時(shí)間高強(qiáng)度運(yùn)作下形成零部件的疲勞損壞或者是由于安裝不到位而導(dǎo)致的機(jī)械故障。這種情況會(huì)引起壓縮機(jī)整體設(shè)備工作時(shí)振幅和噪音增大，下面將對(duì)往復(fù)機(jī)的動(dòng)力性能故障和機(jī)械故障進(jìn)行詳細(xì)介紹。

1.1 動(dòng)力性能故障

（1）壓力異常故障。壓力異常故障一般包括吸氣壓力低、吸氣壓力高、排氣壓力高以及壓力不穩(wěn)定等情況。吸氣壓力低常常發(fā)生在進(jìn)氣管因長時(shí)間不清理，導(dǎo)致流體流入摩阻增大能量損耗變多使得進(jìn)氣壓力降低。當(dāng)壓縮機(jī)所作用工藝氣量不穩(wěn)定時(shí)，進(jìn)氣量突然增大將導(dǎo)致吸氣壓力增大的情況。排氣壓力高故障一般是由于吸氣壓力較標(biāo)準(zhǔn)值高而流體壓縮比未發(fā)生改變所產(chǎn)生的。往復(fù)機(jī)壓力不穩(wěn)是由于流體壓力有波動(dòng)導(dǎo)致氣閥啟動(dòng)或關(guān)閉不及時(shí)，而導(dǎo)致外部低壓流體進(jìn)入氣缸產(chǎn)生流體壓力不穩(wěn)。

（2）溫度異常故障。溫度異常可以分為介質(zhì)溫度異常和各部件溫度過熱兩種情況。介質(zhì)溫度異常是指往復(fù)機(jī)的吸氣、排氣的流體溫度過高的不正常狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致流體通過部件出現(xiàn)積碳和過熱變形狀況。各部件溫度過熱往往是由于各機(jī)械組件摩擦發(fā)熱或設(shè)備冷卻不到位所產(chǎn)生的。各部件溫度過熱會(huì)引起機(jī)械設(shè)備的耐久度降低、壽命減少，并且熱量在部件上不斷聚集直到設(shè)備燒毀。

1.2 主要零部件的機(jī)械故障

（1）氣閥故障。往復(fù)式壓縮機(jī)能否正常運(yùn)行的關(guān)鍵絕大部分在于進(jìn)、出氣閥能否保持良好的工作狀態(tài)，據(jù)統(tǒng)計(jì)，得到往復(fù)機(jī)出現(xiàn)的故障中60%都是由氣閥結(jié)構(gòu)失效而引起的。氣閥發(fā)生故障會(huì)導(dǎo)致壓縮機(jī)排氣量降低、氣缸內(nèi)溫度升高等現(xiàn)象，如果閥片發(fā)生破損遺留在氣缸中會(huì)增大氣缸內(nèi)的機(jī)械碰撞，影響活塞運(yùn)動(dòng)。閥片損壞、氣閥彈簧斷裂和氣閥漏氣是氣閥故障中最常見的情況。

（2）活塞桿故障。活塞桿發(fā)生斷裂不僅會(huì)對(duì)活塞和活塞桿有嚴(yán)重影響，還會(huì)使得往復(fù)機(jī)能的氣缸造成連鎖破壞，使得高壓高溫甚至是有毒流體泄漏，嚴(yán)重威脅工作人員的生命安全。故應(yīng)在日常的設(shè)備檢查過程中對(duì)活塞桿的使用情況格外關(guān)注。活塞桿的斷裂一般是由于應(yīng)力在桿上過于集中或退刀槽和螺紋表面的粗糙度達(dá)不到要求所引起的。

（3）曲軸故障。曲軸作為往復(fù)機(jī)內(nèi)傳動(dòng)動(dòng)力的關(guān)鍵裝置，在設(shè)計(jì)和材料選擇上，對(duì)其剛度和耐久度都有很高的要求，但由于機(jī)械設(shè)備的長時(shí)間工作或疏于維護(hù)，難免會(huì)發(fā)生曲軸斷裂的情況。曲軸斷裂一般發(fā)生在拐臂處斷裂，因?yàn)楣毡厶幨菓?yīng)力集中區(qū)域并且最易達(dá)到曲軸的疲勞極限。

（4）活塞故障。活塞卡住和撞裂是活塞發(fā)生故障的兩種主要形式，其中活塞卡住發(fā)生的主要原因是潤滑處理未到位、氣缸裝置溫度發(fā)生劇烈變化以及過熱狀態(tài)下設(shè)備冷卻導(dǎo)致活塞被咬死卡住。活塞被撞裂往往是有硬物如閥片碎片、螺母等掉入氣缸內(nèi)與活塞不斷摩擦所導(dǎo)致的。當(dāng)活塞質(zhì)量達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求應(yīng)有質(zhì)量時(shí)，也可能發(fā)生撞裂的情況。

2 往復(fù)式壓縮機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)概述

2.1 在線監(jiān)控系統(tǒng)簡介

往復(fù)式壓縮機(jī)故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展一般公認(rèn)經(jīng)過三個(gè)階段，第一階段是單機(jī)診斷監(jiān)控系統(tǒng)，就是指一個(gè)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)應(yīng)單一的一臺(tái)設(shè)備。系統(tǒng)之間不存在信息交換，以一種封閉形式存在。第二階段是分布監(jiān)控診斷系統(tǒng)模式，在該階段監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)共享和檢測(cè)的功能，這極大地提高了故障檢測(cè)的效率。

19 世紀(jì)末網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展，這使得遠(yuǎn)程在線故障監(jiān)控的愿景得以被實(shí)現(xiàn)，工作人員可以不論時(shí)間地點(diǎn)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。現(xiàn)在，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)具有信息采集全息化、狀態(tài)監(jiān)控連續(xù)化、數(shù)據(jù)處理實(shí)時(shí)化和故障診斷精密化等優(yōu)點(diǎn)，相對(duì)前兩代監(jiān)測(cè)系統(tǒng)有了很大提升。

2.2 故障監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

為解決及時(shí)性和機(jī)組過多的問題，在線監(jiān)控系統(tǒng)一般采用分布式體系結(jié)構(gòu)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。這就要求在檢測(cè)過程中需要多臺(tái)計(jì)算機(jī)同時(shí)工作，分別達(dá)到數(shù)據(jù)采集管理和監(jiān)測(cè)機(jī)械設(shè)備的作用。因此，在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要分為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)采集工作站以及監(jiān)控分析站這三部分組成。圖1 是在線監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖。

圖1 在線監(jiān)控系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)框圖

3 往復(fù)式壓縮機(jī)故障監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用

3.1 監(jiān)控方案

要想達(dá)到理想的監(jiān)測(cè)效果，現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的安裝位置的準(zhǔn)確性不容忽視，根據(jù)長期的經(jīng)驗(yàn)積累和總結(jié)，繪制出圖2 往復(fù)式壓縮機(jī)傳感器安裝位置示意圖。

圖2 往復(fù)式壓縮機(jī)傳感器安裝位置示意圖

3.2 故障在線監(jiān)控系統(tǒng)功能

（1）實(shí)時(shí)采集、處理、分析壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，真實(shí)反映壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，保證系統(tǒng)的正常工作，防止意外事故發(fā)生。

（2）采用vvvF 變壓變頻控制系統(tǒng)，使系統(tǒng)能在節(jié)能的狀況下最優(yōu)運(yùn)行。

（3）監(jiān)控電機(jī)、閥門及其他伺服元件的工作狀態(tài),對(duì)故障進(jìn)行顯示及報(bào)警。

（4）采集：檢測(cè)系統(tǒng)控制對(duì)象的溫度、壓力等參數(shù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)查詢及故障追憶。

（5）對(duì)系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù)進(jìn)行分析處理：預(yù)測(cè)系統(tǒng)狀態(tài)變化趨勢(shì)，對(duì)未來的運(yùn)行趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)報(bào)，對(duì)將要發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)警，并給出故障預(yù)處理方法及措施。

3.3 故障監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)際應(yīng)用

往復(fù)式壓縮機(jī)運(yùn)行中不論是氣閥損壞、活塞桿桿斷裂以及活塞環(huán)破裂，這些故障的監(jiān)測(cè)全是由對(duì)設(shè)備中的不同參數(shù)來確定的，這些參數(shù)一般包括熱力參數(shù)、流體的溫度壓力以及振幅頻率等。因此，在線監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)這些參數(shù)具有一一對(duì)應(yīng)的監(jiān)控界面。

4 結(jié)語

往復(fù)式壓縮機(jī)的故障在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能否起到理想的監(jiān)測(cè)功能，主要取決于設(shè)計(jì)人員是否對(duì)不同故障特征有所區(qū)分以及傳感器的選擇是否遵循其特征。本文通過對(duì)往復(fù)式壓縮機(jī)常出現(xiàn)的故障、故障發(fā)生的原因和表現(xiàn)進(jìn)行了具體說明，接著，對(duì)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)成、監(jiān)控方案以及功能應(yīng)用做了闡述。證明了在線監(jiān)控系統(tǒng)存在的必要性。