往復式壓縮機故障診斷方法研究

韓文凱

（河南省龍宇煤化工公司，河南 永城 300000）

現代科技的進步，推動往復式壓縮機自動化、智能化發展，與此同時，增大各構件彼此間聯系緊密性，如果其中一個構件發生運行故障，會影響壓縮機整體運行效果，嚴重時，將導致設備癱瘓。對此，相關人員需重視起壓縮機故障診斷工作的開展，掌握科學且先進的診斷方法，以診斷結果為依據，制定可行的故障處理措施，確保壓縮機始終保持良好運行狀態。

1 往復式壓縮機運行原理

往復式壓縮機屬于容積式壓縮機，實現封閉空間中氣體的順序吸入與排出，以此增加靜壓力。壓縮機運作時，設備自帶的曲軸會引起連桿運動，受連桿的影響，活塞也會呈上下運動趨勢。活塞的運動會伴隨氣缸內容積的變化：當活塞向上運動，氣缸容積隨之減小，出氣閥自動開啟、進氣閥關閉，完成壓縮過程；當活塞向下運動，氣缸容積變大，進氣閥隨之開啟，出氣閥關閉，執行進氣操作。簡單來說，活塞每運動一次，氣閥的排氣閥與吸氣閥便會關閉、開啟一次，能夠看出壓縮機吸氣與排氣工作受活塞活動所控制。往復式壓縮機構成有壓縮機、曲軸箱、發動機。其中，壓縮機由多級氣缸組成，每級間設有緩沖冷卻分離器，此時開啟進氣閥，會盡數吸收外部存有的工藝氣填滿壓縮缸。活塞始終保持前進運行狀態，實現對石油氣體的壓縮，當壓力趨近于所設定最大壓力時，開啟排氣閥，使工藝氣被吸入進二級壓縮缸內；發動機借助曲軸將動力輸送給壓縮機，由活塞桿、活塞環、氣缸、氣閥等構件組成。

2 往復式壓縮機常見故障研究

2.1 機械性能故障

壓縮機長時間運作后，會導致機械部件性能持續減弱，并出現不同程度的磨損現象。對于一些輕微磨損構件，只需安排專業人員加以修理，直至恢復原來形態；但一些嚴重磨損的部件，不利于修復作業的開展，只能通過更換部件確保設備穩定運行。通常來說，往復式壓縮機作業期間，易磨損構件為與缸體相連的氣閥、活塞等，若未及時處理有問題構件，會增大構件失靈的風險。機械部件的磨損會對壓縮機正常運行狀態產生干擾，因此，應重視起構件運行故障診斷與修復工作，確保設備機械性能良好[1]。

2.2 潤滑系統故障

潤滑系統故障主要有注油器和油泵故障、油溫與油壓異常。伴隨著的故障行為有潤滑油泄漏、潤滑系統構件損壞、潤滑油不足、潤滑油管堵塞等。不同故障的處理方式也存在差異，比如，若發現潤滑箱漏油，則需開展潤滑修理、更換工作；如果潤滑油管堵塞，應在第一時間組織故障維修人員進行油管疏通；若運行期間檢測到的油溫過高，故障判斷方法如下：細致、全方位檢查壓縮機各構件運行狀態，構件的異常運動會產生大量熱量，并伴有巨大摩擦力，從而引發潤滑劑溫度過高問題。此外，潤滑油本身具有清潔作用，但在清潔過程中，會將運動件的磨屑沖進油箱，造成油管堵塞。故障檢查時，若發現冷卻水進水溫度過高，且冷卻效率低；冷卻器附著的油污、水垢過多，冷卻水管壁有大量結垢或浮沫，都會影響冷卻系統熱傳導效果，而以上現象的存在說明冷卻系統損壞，需及時維修或更換。此外，若長時間未更換潤滑油、受空氣影響而氧化、被壓縮工藝氣酸化等，均會導致潤滑油變質，不利于潤滑系統的安全、穩定運行，并抑制往復式壓縮機整體運行效果。

2.3 設備排氣故障

排氣故障包括過濾器運行故障、閥門故障、活塞堵塞不嚴、排氣溫度與壓力異常等。通常來說，往復式壓縮機的排氣系統會設置過濾器，隨著壓縮機運行時間的不斷推移，過濾器極易被灰塵堵塞，嚴重影響設備整體過濾效果；排氣系統中會分別設置排氣閥與吸氣閥，若二者同時發生故障，將會增大壓縮機排氣故障的可能性；活塞密封程度不夠或氣缸磨損嚴重，也是引發壓縮機排氣問題的重要原因。

此外，若活塞與氣缸之間存有較大間隙，導致氣缸漏氣，無法保證設備正常排氣；壓縮機工作過程中，應做好配備儀表盤數值的日常檢查、讀取、記錄工作，若發現排氣壓力小于正常壓力，則需在第一時間檢查活塞環以及閥門的完好程度，如果有嚴重磨損應更換。壓縮機運行時的排氣溫度要在正常工藝指標范圍內，應先對壓縮機整體運行狀態進行考慮，判斷其是否在規定范圍內，再檢查冷卻系統運行工況，若存有異常，需立即開展冷卻器維修、保養工作，從而獲得良好的降溫效果。

3 往復式壓縮機故障診斷方法

3.1 小波分析

通常情況下，如果往復式壓縮機發生運行故障，會發出大量不穩定波動信號，且以振動形式存在，振動信號的頻率不同，在表現形式方面有較大差異性，而表現出的壓縮機故障特性也不同。小波分析診斷法主要針對振動信號，采取在線檢測、分析的方法全方位、深入性診斷往復式壓縮機運行實際情況，依托于振動信號判定設備故障預警信息。壓縮機故障診斷是一項綜合性、復雜性工程，診斷期間可能受多種不可控因素的影響，對此，在診斷前，應安排組織專業人員對各環節易出現的影響因素加以科學調控。小波分析診斷流程如下：深度融合小波分析與神經網絡，依托于神經網絡具有的延伸性特點，能夠有效彌補小波分析過程中體現出的不足，在此基礎上，著手于往復式壓縮機診斷系統的完善與優化工作。比如，開展壓縮機故障樣本訓練前，應將已產生的振動信號盡數收集起來，并上傳于專門打造的系統中，對信號進行消噪處理。在信號傳輸作用下，會使故障樣本進入到小波分析中，逐漸分支重組，實現對壓縮機故障特征的全面提取，再將所采集到的信息上傳于神經網絡訓練中執行細化處理工作，并生成壓縮機故障診斷報告。小波分析與神經網絡共同打造出相互連接的橋梁，從而彌補、完善各自存在的缺陷，現如今，這一診斷方法已被廣泛應用在氣閥泄漏、基礎聯動松動等故障診斷作業中，并獲得預期診斷效果[2]。

3.2 專家系統

專家系統是當前往復式壓縮機故障診斷時常應用的一種診斷方法，具備極為顯著的專家系統數據計算優勢，在大量數據的支撐下，增強故障處理決策制定與實施科學性、有效性。確保設備故障診斷精準性、高效性。當前，專家系統應用到壓縮機故障診斷多個方面，為使該種診斷方法應用價值得到充分發揮，需積極、高質量落實各環節準備工作：診斷前期，應安排專業人員借助現代化設備或儀器采集壓縮機運行參數，再對比系統正常時運行數據，實現往復式壓縮機異常部位的快速定位，緊接著分析故障類型及產生原因，制定針對性的處理措施，幫助壓縮機恢復正常運行狀態。專家系統中，能夠全面整合各項數據，再依托于信息技術、大數據技術、物聯網技術打造專家知識數據庫，為工作人員跟蹤、實時了解壓縮機故障狀態以及運行故障問題的解決提供可靠數據支持。此外，故障涉及的內容較多，包括儀表失準、連接松動、閥座損壞等，專家系統的正確診斷依托于知識庫時效性運行來實現，將匯總的分析結果上傳于知識庫中，為壓縮機故障檢修與運維人員各項工作的秩序開展提供便利。

3.3 聲發射診斷

需借助聲發射源，通常存在于往復式壓縮機內部結構中，故障診斷人員只需通過管控系統下達指令，流經傳感器耦合界面，便會使聲發射源的形態發生變化。與此同時，聲發射儀接收信號，并以可視化的形式加以顯現，這一信號便可作為故障診斷數據進行深入研究。壓縮機運行過程中，其整體運行狀態為動態變化，利用聲發射技術，能夠在短時間內對壓縮機當前運作情況進行準確判斷。聲發射診斷表現出發射信號傳輸快的優勢，極大程度地提高壓縮機故障信息采集效率，又可保證采集結果的準確性。對壓縮機樣品進行檢測時，聲發射診斷法體現出層級性分化特征，能夠全方位采集、細致整合壓縮機運行期間產生的所有信號。而在檢測正常運行壓縮機的信號時，利用聲發射技術進行科學處理，能夠有效區分不同種類信號，便于對比分析工作的開展，確保故障點定位準確。

3.4 其他故障診斷法

往復式壓縮機構造較為復雜，且故障類型多樣，意味著故障診斷方法的豐富性、多元性。可大致分為兩類：一是在線診斷法，又稱為直接診斷法，通過觀察壓縮機整體運行狀態判斷故障點的大致位置，并給出可行且有效的故障處理措施；二是間接診斷法，通過執行二次診斷作業，采集、匯總壓縮機運作信息，以此了解各構件變化情況。除上文談及的故障診斷技術外，當前應用頻率較高的故障診斷法還包括直觀診斷法、油液診斷法、熱力診斷法、振動診斷法等。

1.直觀診斷法。作為最基礎的診斷方法，其診斷原理較為簡單，主要是依靠工作人員的身體感官如運行狀態觀察、運行振動發出聲響記錄以及多年運維經驗實現對壓縮機運行故障的診斷。但在此期間，僅從主觀意識決斷方面加以分析，缺乏技術性，無法保證故障診斷結果以及故障定位準確性，因此，通常應用在壓縮機故障初步診斷工作中，或在缺乏先進檢測裝置的情況下應急使用。但隨著自動化技術、智能化技術不斷發展與完善，實現往復式壓縮機智能化操作，現如今，直觀診斷法的應用頻率較低，并逐漸被融合人工智能技術的診斷法所替代。

2.油液診斷法。該種診斷方法較為特殊，主要有兩種形式：油液物理化學性能診斷、油液磨損信息分析。診斷作業前，工作人員需對壓縮機中的油液進行取樣，分析油液自身屬性與油液磨損信息，在此基礎上，判斷壓縮機可能存在的運行故障。油液分析過程中涉及大量先進設備儀器和技術的使用，提高油液診斷結果精準程度。

3.熱力診斷法。依托于精準測量儀器，測量、分析壓縮機運行過程中產生的各項參數，從而達到故障診斷的效果。監測對象以及采集的數據信息有冷卻水量、排氣量、水溫、油溫等。數據收集期間，因構件類型較多，故障的數據表現形式多樣，不利于壓縮機故障診斷、預測工作的準確進行，因此，熱力診斷法一般用于壓縮機運行狀態監測中。

4.振動診斷法。通過觀察壓縮機整體振動情況，對氣缸磨損、氣閥漏氣、主軸承運行狀態等信息進行分析。將振動傳感器安裝于氣缸端部，實時采集振動信號，依托于傳感器收集結果對氣缸內部故障進行判斷；同時，也可以將傳感器設置在油管附近，實時、跟蹤采集壓力波信號，以此為依據，診斷壓縮機軸承整體運行狀況；細致分析振動信號，判斷壓縮機主軸承故障。由于壓縮機運作過程中會伴隨較大噪聲，對振動信號的干擾程度大，為保證分析、診斷結果的準確性，需做好降噪措施，以此增強傳感器可靠度。

3.5 儀表故障

遠傳儀表探頭的應用提高了設備的安全可靠性，但也會隨著運行時間的拉長、設備震動的干擾和廢料污垢的堆積，導致探頭信號的失靈或者中斷，導壓管的堵塞等一系列問題發生。所以為了設備的長周期的安全可靠運行，需要制定設備的短中長的定期維修與維護，并且在運行期間中控要認真監盤遠傳信號的真實性及時與現場操作工對比就地儀表壓力和溫度數據的一致性。一旦出現遠傳信號與現場就地儀表顯示數據不一致，要聯系電氣或者儀表檢修工前來檢查電器元件和遠傳儀表是否損壞，首先解除連鎖停泵停機限制后，方可讓操作工隔離有問題的儀表部件，然后儀表工維修儀表或者電器工維修電器元件，在中控無法得到機組運行數據及時監盤機組運行情況時，就要現場操作工運用直觀診斷法保障機組安全穩定運行，比如溫度探頭故障就要用到測溫儀手動測量機組設備的運行溫度，震動異響就要用到聽棒用耳朵判斷設備異響部位，壓力和液位要讓操作工觀察現場就地壓力表和液位計的數據，用對講機匯報中控，輔助中控監盤，來保障機組安全穩定運行。

3.6 原動機故障

往復式壓縮機的原動機主流使用的有電機和汽輪機。在原動機出現震動位移超標，或者軸瓦溫度異常升高時，判斷故障來源也要考慮原動機的傳導波及到從動機。例如汽輪機作為往復機的動力源時，因為蒸汽量突然增大或者加減負荷過快，導致汽輪機震動位移加劇，因為汽輪機與往復式壓縮機中間有聯軸器或者變速箱相連接，從而汽輪機的震動會傳導向往復式壓縮機，使往復式壓縮機軸瓦摩擦生熱導致軸承轉子溫度異常升高，這時問題的根源在汽輪機，而不在往復式壓縮機，所以判斷故障要精準定位，才能消除隱患，保障機組安全穩定運行。

4 結語

石油化工生產作業期間，若往復式壓縮機發生運行故障，將會使生產效率、品質與安全受到嚴重影響。這就需要壓縮機操控人員認識到設備運維與故障診斷工作開展的必要性，掌握壓縮機運作原理，分析可能發生的運行故障類型，在此基礎上，采用科學故障診斷方法快速、準確定位故障點，實現各類故障的有效排除，依托于壓縮機良好運行狀態，推動工業生產安全、持續生產。