往复压缩机典型状态监测方案

本文以典型4缸API 618标准的往复压缩机组为例，简单介绍下往复机的状态监测应用配置方案。

• 往复机状态监测传感器测点布置示意图：
  

• 拟配置测点清单（二次高压压缩机，4缸）：
  

• 传感器及硬件配置介绍：
  

• 键相信号（Crankcase Reference Position Keyphasor）

往复机键相信号，可采用标准键相或多事件键相。

多事件键相系统与传统的标准键相系统不同，它使用电涡流传感器对曲轴上的多轮齿盘进行监测，除了可以提供每转一次的参考点以外，还可以每旋转30度就提供一个精确的参考计时信号（电压脉冲）。产生的信号可用于监测系统作为准确的曲轴位置参考。多事件键相系统，可以帮助气缸压力测量获得更准确的测量结果并提供更精确的压力-流量曲线（P/V曲线）。

多事件键相的多齿轮盘可安装在轴靠近驱动器的外侧，通常要求在驱动轴上钻孔和开孔。也可根据用户机械结构特征，设计提供在轴上安装圆箍式（由两个半圆环组成）的齿轮盘，更方便安装。标准键相每转一次的参考点通常与1号气缸的顶头中心位置对齐。活塞杆位置和气缸压力监测都需要使用键相参考信号。

• 主轴承温度（Main Bearing temperatures）

曲轴主轴承温度高表明设备有与油膜轴承相关的故障，如过载，轴承疲劳或润滑油不足。测量主轴承温度和其它相关的过程参数可以帮助确定发动机的整体运行状况。

可以在设备制造过程中在主轴承盖上打钻开孔以安装温度探头，也可以在设备安装完成后，移开轴承盖，再打钻开孔，安装温度探头。

• 缸体振动（Crankcase Frame Vibration）

对称平衡式压缩机上的气缸作用在曲轴上的力从物理上讲能相互抵消，但是当过程发生变化，如阀门卸载或阀门损坏时，其作用在机器上的压力会产生不平衡。这些压力经过轴承传送到壳体，使曲轴在一或两倍的机器运行速度上振动。其机械转速的 ½倍频到2倍频的谐波上也会产生同样的影响。这些倍频处的幅值过大显示了机器有机械或运行问题。

压电式速度传感器可对这种往复式压缩机旋转振动传送到压缩机壳体的机械振动提供理想的监测。压电速度传感器没有磁电速度传感器安装方向的敏感问题，同时比标准压电加速度传感器在压缩机低转速时又具有更好的信噪比。

压电速度传感器和监测模块可检测的典型的运行问题包括：

•由于压差异常或惯性失衡而产生的不平衡

•基础松动（如砂浆或垫片损坏）

•连杆负荷过大引起的力矩过高

压电速度传感器最佳的安装位置在壳体上每对气缸之间水平于轴的地方。传感器的安装最好与轴的中分线水平，其位置正好位于压力作用于机器的方向上。

• 十字头振动（Crosshead Vibration）

安装于十字头上的加速度传感器能检测出由冲击所引起的机械故障，如十字头松动，液体吸入气缸或连杆与套筒间隙过大。

由于冲击引起的是高频振动，因此加速度传感器比速度式传感器更适合于冲击类的机械故障测量。在正常情况下，其振动很小，当产生冲击时，其振动增大，振动波形在每次冲击中表现了如图示中的典型的振铃响应。通过观察加速度波形，可以很明显地看到每次冲击时产生的大幅度的振动幅值增加。

通过加速度传感器进行振动监测可以检测以下机械故障：

• 液体吸入气缸.

• 十字头间隙过大

• 十字头螺母或螺栓松动

• 活塞销圈间隙过大

• 整体动力压缩机的动力缸爆裂 

• 十字头滑块温度（Shoe Temperature）

连续监测十字头滑块温度可以提供有用的滑块故障信息，如过载，疲劳，润滑油不足。

RTD或TC可以安装在十字头的上部或底部。要求温度探头尽量靠近十字头滑块以获得精确的测量。

• 压力填料温度（Pressurised Packing Temperature）

压力填料最初设计用于防止腐蚀性的气体从气缸中泄漏而进入隔离片和曲轴。随着挥发性有机合成物泄漏问题的增多，压力填料轴封变得越来越普遍。连续监测压力填料温度可以提供有用的填料故障信息，如异常磨损，冷却不充分，润滑不足。可对高和中压填料轴封进行压力填料温度监测。

将RTD或TC尽量靠近填料安装。通常，在填料外壳的边缘将温度探头插入到壳体内进行测量，这是比较好的压力填料壳体温度测量方法。

• 活塞杆位置（Rod Position）

往复式压缩机通常用滑动带以减小气缸套磨损和由于活塞与气缸接触带来的损害。滑动带的主要问题是当机器运行中，在活塞与气缸接触之前，产生多大的磨损时需要停机。

活塞杆位置(沉降/位移)监测模块设计用于监测活塞杆相对于气缸膛理想中心的位置。根据组态数据定义一个圆形的可运行区。根据此定义的可运行区，当活塞杆以任何方向距离气缸壁距离过近，将生成报警或危急信号。

活塞杆位置监测系统连续监测十字头松动，活塞杆弯曲和往复式压缩机的每个气缸的滑动区状况。监测具有以下特点：

• 连续在线监测活塞杆移动的最大幅度和方向以及具有最大幅度时的曲柄角度，从而可以在必要时进行支撑环替换或十字头维修以延长寿命。

• 气缸压力（Cylinder Pressure）

检测往复式压缩机整体运行状况的最有效的方法就是监测气缸压力。对每个压缩机气缸的内部压力进行在线监测，可以实现对气缸压力，压缩比，尖峰活塞杆负荷以及活塞杆反向的连续监测，从而可以获得吸气阀，排气阀，活塞环，填料轴封和十字头销的状态信息。

气缸压力通过永久安装在每个气缸膛上的压力传感器进行监测。气缸压力和曲轴位置用于连续的状态监测和性能计算。对每个连续监测点都可以分别进行报警和危急设定点设置。

• 阀门温度（Valve Temperature）

吸气和排气阀通常是往复式压缩机中维修率最高的部件。故障阀会明显降低压缩机的效率。温度监测模块能够显示压缩机阀门温度并帮助管理往复设备。

采用阀门温度监测所带来的好处有：

早期确定损坏和有故障的阀门。损坏的阀门会导致容量变小，效率降低或由于阀门部件落入气缸而损坏气缸套。

确定活塞头与曲柄端之间是否有由于活塞环的损坏或磨损而带来的气体泄漏。

在正常运行条件下，阀门附近的气体温度增加是阀门故障的首要表现。温度监测模块提供了阀门温度变化的早期警报，并帮助操作员找到故障阀门。操作员应利用趋势显示跟踪温度数据变化，因为当泄漏持续发展，阀门的温度将恢复到正常。

在压缩同一种气体时，发生泄漏的气阀温度会高于正常值，引起气阀盖温度升高。由于每个阀门的正常运行温度随着负荷、气量和周围温度的变化而不同，所以必须比较在相同过程工况下相似阀门的温度。监测这些阀门之间的温度差可以提供早期和可靠的阀门性能降低指示。阀门卸载会影响阀门温度而引起较大的温度变化。在这种情况下，在阀门卸载前旁路此通道以减少对阀门组的影响。泄漏的活塞环会因为对活塞两侧的气体反复工作而引起整个气缸的温度增加。因此，监测绝对阀门温度的变化也很重要。如果同一个气缸的所有阀门温度不是因为过程变化或润滑问题而增加，那么很有可能是因为活塞环泄漏。活塞环泄漏会导致吸气和排气侧的阀门温度都升高。同理，气缸曲轴侧的所有阀门温度增加说明了气缸填料泄漏。

TC或RTD应尽量靠近阀门安装。对于老式笼式阀门，温度探头需要安装在阀门盖上。对于新式环型阀门盖，可将温度探头安装在气道中。直接在阀门盖内安装热井伸入气道。热井应尽量伸入气道。

文章来源：雷神能源