吳 勇，潘 航，王瑞平

(1.中國(guó)石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力有限公司成都分公司，四川 成都 610100；2.中國(guó)石油遼河油田盤(pán)錦儲(chǔ)氣庫(kù)有限公司，遼寧 盤(pán)錦 124200)

1 引言

我們熟悉的燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組，一般由驅(qū)動(dòng)部分、傳動(dòng)部分、壓縮部分、冷卻部分，共計(jì)四部分組成。其中驅(qū)動(dòng)部分為燃?xì)怛?qū)動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)；傳動(dòng)部分一般為膜片式聯(lián)軸器；壓縮部分包括機(jī)身組件、壓縮連桿組件、壓縮十字頭組件、中體組件、壓縮缸組件、壓縮活塞組件等。

如圖1所示，發(fā)動(dòng)機(jī)通過(guò)聯(lián)軸器，驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)曲軸旋轉(zhuǎn)，從而帶動(dòng)壓縮活塞，實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣、膨脹等做功過(guò)程?？绽淦魍ㄟ^(guò)發(fā)動(dòng)機(jī)尾端的取力軸，帶動(dòng)風(fēng)扇軸旋轉(zhuǎn)，以此來(lái)達(dá)到冷卻高溫壓縮氣體的目的。

圖1 燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)布置示意圖

某油氣處理廠一臺(tái)RTY1250壓縮機(jī)組，機(jī)組采用一級(jí)壓縮，壓縮缸為4件180 mm壓縮缸，雙作用。該機(jī)組由成都?jí)嚎s機(jī)公司組裝配套，用于天然氣增壓處理。機(jī)組主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

機(jī)組型號(hào)：RTY1250M180x180x180x180

額定功率：1253 kW

額定轉(zhuǎn)速：1200 r/min

標(biāo)準(zhǔn)排量：29～112×104N·m3/d

工作介質(zhì)：含硫天然氣

吸氣壓力：2.0～4.0 MPa

排氣壓力：4.8～6.3 MPa

該壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)間已接近10年，機(jī)組老化嚴(yán)重，且故障頻發(fā)。為了從傳統(tǒng)的事后維修、計(jì)劃性維修，轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)知性維修，現(xiàn)決定在該機(jī)組上增設(shè)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。通過(guò)安裝振動(dòng)、鍵相、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、動(dòng)態(tài)壓力等傳感器，監(jiān)測(cè)機(jī)組發(fā)動(dòng)機(jī)缸體振動(dòng)、十字頭振動(dòng)、壓縮缸動(dòng)態(tài)壓力、壓縮機(jī)活塞桿位移、曲軸箱振動(dòng)、空冷器軸承振動(dòng)、機(jī)組瞬時(shí)轉(zhuǎn)速等信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的全面監(jiān)測(cè)與分析，完成典型故障的預(yù)警與診斷，提高現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備管理水平。

圖2 RTY1250遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D

2 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

2.1 系統(tǒng)組成

燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括硬件和軟件兩大部分。

2.1.1 硬件部分

硬件部分包括傳感器、防爆箱、數(shù)據(jù)采集器、現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器、工業(yè)電源和路由器等。其中的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器需要安裝用戶要求的安全軟件、日志管理軟件等。

2.1.2 軟件部分

軟件部分包括兩大部分，即安裝在數(shù)據(jù)采集器中的數(shù)據(jù)采集軟件和安裝在數(shù)據(jù)應(yīng)用管理器中的網(wǎng)絡(luò)化客戶端軟件。

網(wǎng)絡(luò)化客戶端軟件采用插件化設(shè)計(jì)，主要負(fù)責(zé)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)取分析診斷，內(nèi)含各類(lèi)軟件模塊，主要包括：數(shù)據(jù)處理通訊模塊、專(zhuān)業(yè)圖譜分析模塊、中間件數(shù)據(jù)管理模塊、報(bào)警管理模塊、診斷報(bào)告及統(tǒng)計(jì)報(bào)表模塊。

其中的數(shù)據(jù)通訊模塊，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)組運(yùn)行參數(shù)通過(guò)數(shù)據(jù)銅須的方式接入遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)行參數(shù)與振動(dòng)參數(shù)結(jié)合，使機(jī)組的分析診斷過(guò)程更加全面，有助于提高分析診斷的準(zhǔn)確性。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖2所示，安裝在撬上的設(shè)備有防爆箱、接線箱、數(shù)據(jù)采集箱、各類(lèi)傳感器，場(chǎng)站在線服務(wù)器則安裝在值班室的機(jī)柜內(nèi)。

在拓?fù)鋱D中共有現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域、氣站控制區(qū)域、生產(chǎn)網(wǎng)后續(xù)區(qū)域3個(gè)層面。

2.2.1 現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域

完成各種新增傳感器及已有傳感器信號(hào)的數(shù)據(jù)采集，并且把采集到的數(shù)據(jù)通過(guò)光纖傳到氣站控制區(qū)域的數(shù)據(jù)管理器。

2.2.2 氣站控制區(qū)域

把采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并通過(guò)公司內(nèi)網(wǎng)將數(shù)據(jù)傳至分公司中轉(zhuǎn)服務(wù)器。

2.2.3 生產(chǎn)網(wǎng)后續(xù)區(qū)域

對(duì)各分站數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一存儲(chǔ)、管理、分析。

2.3 測(cè)點(diǎn)配置

燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)RTY1250壓縮機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)傳感器測(cè)點(diǎn)布置如圖3所示。

圖3 RTY1250傳感器測(cè)點(diǎn)布置示意圖

2.4 傳感器說(shuō)明

燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的傳感器主要包括鍵相傳感器、動(dòng)態(tài)壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、沉降傳感器四大類(lèi)，具體測(cè)點(diǎn)位置和數(shù)量見(jiàn)表1。

表1 RTY1250傳感器測(cè)點(diǎn)配置表

3 現(xiàn)場(chǎng)改造流程

現(xiàn)場(chǎng)勘查場(chǎng)站布局如圖4所示，我們可以看出，1#、2#兩臺(tái)壓縮機(jī)組均在一個(gè)廠房之內(nèi)，待改造的2#機(jī)組除去撬內(nèi)傳感器安裝的工作量外，還需將接線箱和電源箱的供電電纜和數(shù)據(jù)網(wǎng)線接入值班室機(jī)柜間，中途必須經(jīng)過(guò)站內(nèi)挖溝埋線、站外挖溝(紅線標(biāo)識(shí))、布管、穿線等環(huán)節(jié)。

圖4 場(chǎng)站布局和挖溝埋線示意圖

3.1 接線箱、防爆箱、電源箱定位

為節(jié)約占地空間和避免后期操作影響，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)比較，選定儀表柜對(duì)面靠墻位置為支架固定位置。經(jīng)場(chǎng)站外制作箱體支架、配鉆箱體安裝孔后，在現(xiàn)場(chǎng)安裝支架地腳螺栓，使其固定在環(huán)氧樹(shù)脂地面上，分別固定與之匹配的防爆電源箱、數(shù)采接線箱(見(jiàn)圖5)。

圖5 RTY1250運(yùn)行狀態(tài)總貌圖

3.2 安裝振動(dòng)傳感器

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)身、傳動(dòng)箱、缸蓋(18處)、壓縮機(jī)中體(4處) 、曲軸箱(2處)、空冷器風(fēng)扇軸承(3處) ，共計(jì)27處位置，分別進(jìn)行安裝位置表面處理、傳感器安裝底座制作并粘接、傳感器安裝、延長(zhǎng)線纜接線、配管。

3.3 安裝動(dòng)態(tài)壓力傳感器

針對(duì)180 mm壓縮缸示功孔(8處)，共計(jì)8處位置，分別氮?dú)庵脫Q、示功孔取出、示功閥制作并安裝、傳感器安裝并固定、延長(zhǎng)線纜接線、配管。

3.4 安裝鍵相、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、活塞桿沉降傳感器

針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)鍵相傳感器(1處)、瞬時(shí)轉(zhuǎn)速(1處)、壓縮機(jī)鍵相傳感器(1處)，活塞桿沉降(4處)，共計(jì)7處位置，安裝位置表面處理、傳感器安裝支架制作并焊接、傳感器安裝、延長(zhǎng)線纜接線、配管。

3.5 撬內(nèi)配管穿線

將各個(gè)傳感器均配管至接線箱支架處；

傳感器至穿線盒為金屬軟管，穿線鍍鋅管至接線箱為金屬編織撓性管；箱體內(nèi)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位接線、送電測(cè)試。

3.6 撬外配管穿線

該部分工作包括機(jī)房?jī)?nèi)挖溝穿管、機(jī)房墻壁開(kāi)孔、機(jī)房外挖溝穿管、布線，管卡固定，管卡固定等工作。

3.7 站內(nèi)調(diào)試與網(wǎng)絡(luò)測(cè)試

該部分工作包括撬上接線箱處打點(diǎn)測(cè)試、封蓋補(bǔ)漆、機(jī)柜間服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)測(cè)試、點(diǎn)位測(cè)試、服務(wù)器就位安裝、PLC數(shù)據(jù)、振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸測(cè)試等工作。

至此，遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝調(diào)試內(nèi)容全部結(jié)束。

4 客戶端界面與功能

燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，運(yùn)行狀態(tài)總貌圖(圖5)展示機(jī)組整體結(jié)構(gòu)、轉(zhuǎn)速、開(kāi)停車(chē)狀態(tài)與所有測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)值和歷史趨勢(shì)。其中展示機(jī)組整體結(jié)構(gòu)與所有測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)值是總貌圖最重要的功能，所有測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)值根據(jù)實(shí)際采集情況實(shí)時(shí)變化，對(duì)超過(guò)報(bào)警限值的測(cè)點(diǎn)，采用變色進(jìn)行提醒，黃色為報(bào)警提示，紅色為危險(xiǎn)提示。通過(guò)總貌圖右側(cè)的操作頁(yè)，可選擇不同測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)進(jìn)行分析。從總貌圖功能中可直接切換進(jìn)入其他分析功能。當(dāng)出現(xiàn)報(bào)警測(cè)點(diǎn)時(shí)，在相應(yīng)的測(cè)點(diǎn)位置點(diǎn)擊右鍵，可看到切換其他圖譜功能，根據(jù)測(cè)點(diǎn)的不同選擇不同的分析診斷功能。通過(guò)客戶端在線監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，軟件可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分析

運(yùn)行狀態(tài)分析功能用于對(duì)各類(lèi)監(jiān)測(cè)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)進(jìn)行分析。通過(guò)功能右側(cè)的操作頁(yè)可對(duì)不同的測(cè)點(diǎn)進(jìn)行組合選擇。對(duì)歷史或?qū)崟r(shí)趨勢(shì)存在異常變化的測(cè)點(diǎn)進(jìn)一步使用振動(dòng)分析、歷史比較、活塞桿位移監(jiān)測(cè)等功能進(jìn)行進(jìn)一步分析診斷(圖6)。

圖6 機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)分析

(2)歷史比較圖

歷史比較圖監(jiān)測(cè)功能用于對(duì)振動(dòng)、位移測(cè)點(diǎn)波形進(jìn)行比較分析，可分析同一個(gè)測(cè)點(diǎn)、不同時(shí)間的波形比較，也可用于分析不同測(cè)點(diǎn)，同一時(shí)間的波形比較。測(cè)點(diǎn)的選擇、時(shí)間的選擇通過(guò)右側(cè)的操作頁(yè)完成(圖7)。

圖7 歷史比較圖

(3)振動(dòng)監(jiān)測(cè)

振動(dòng)監(jiān)測(cè)功能用于對(duì)往復(fù)壓縮機(jī)曲軸箱振動(dòng)、十字頭振動(dòng)或缸體振動(dòng)進(jìn)行分析診斷。功能包括振動(dòng)特征值趨勢(shì)圖，振動(dòng)波形圖，振動(dòng)頻譜圖與振動(dòng)分段相位特征圖，趨勢(shì)特征值主要包括振動(dòng)峰峰值、振動(dòng)峰值等。實(shí)時(shí)、歷史數(shù)據(jù)與不同測(cè)點(diǎn)選擇與其他功能頁(yè)面一致，通過(guò)右側(cè)的操作頁(yè)進(jìn)行選擇(圖8)。

圖8 振動(dòng)監(jiān)測(cè)

(4)其它參數(shù)實(shí)時(shí)/歷史監(jiān)測(cè)

其他參數(shù)實(shí)時(shí)/歷史監(jiān)測(cè)功能主要用于對(duì)溫度、壓力及各類(lèi)通訊參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)、歷史趨勢(shì)分析。該類(lèi)參數(shù)特點(diǎn)是主要依靠趨勢(shì)變化進(jìn)行分析診斷。各類(lèi)參數(shù)選擇通過(guò)右側(cè)的操作頁(yè)進(jìn)行(圖9)。

圖9 其他參數(shù)實(shí)時(shí)/歷史監(jiān)測(cè)

(5)動(dòng)態(tài)壓力分析功能

動(dòng)態(tài)壓力分析功能主要用于對(duì)壓縮機(jī)氣缸內(nèi)動(dòng)態(tài)壓力進(jìn)行分析，主要包括特征值趨勢(shì)和動(dòng)態(tài)壓力波形兩部分。動(dòng)態(tài)壓力波形可選擇p-V，p-t，p-θ3種方式，分別對(duì)應(yīng)壓力-體積，壓力-時(shí)間，壓力-曲軸轉(zhuǎn)角。不同功能的選擇和展示效果如下圖所示(圖10)。

圖10 動(dòng)態(tài)壓力分析

(6)活塞桿綜合活塞力監(jiān)測(cè)功能

活塞桿綜合活塞力監(jiān)測(cè)功能是基于氣缸動(dòng)態(tài)壓力監(jiān)測(cè)和壓縮機(jī)連桿、十字頭、活塞桿、活塞等運(yùn)動(dòng)部件質(zhì)量、尺寸參數(shù)的高級(jí)分析功能。該功能實(shí)現(xiàn)了往復(fù)壓縮機(jī)往復(fù)慣性力、氣體力與綜合活塞力的計(jì)算，繪制曲線并與振動(dòng)波形、活塞桿位移波形進(jìn)行綜合分析，可用于分析連桿大小頭瓦故障、活塞桿故障等(圖11)。

圖11 活塞桿綜合活塞力監(jiān)測(cè)

綜上所述，通過(guò)對(duì)燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)的改造，增設(shè)了振動(dòng)、動(dòng)態(tài)壓力等傳感器，獲得壓縮機(jī)故障判斷所需的圖譜，同時(shí)將傳統(tǒng)的工藝參數(shù)采集、傳輸、存儲(chǔ)，可統(tǒng)一展示在用戶和廠家的監(jiān)測(cè)診斷平臺(tái)，并通過(guò)后期逐漸搭建的故障模型，結(jié)合壓縮機(jī)理論知識(shí)，可對(duì)用戶現(xiàn)場(chǎng)的所有關(guān)鍵機(jī)組的工藝、振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、故障診斷，為用戶實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組的在線管理奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

目前，RTY1250M180×180×180×180遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)已經(jīng)正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，各項(xiàng)功能運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)的不斷發(fā)展，以及數(shù)字化轉(zhuǎn)型業(yè)務(wù)的迅速興起，燃驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組、電驅(qū)往復(fù)式壓縮機(jī)組增設(shè)、改造遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的的數(shù)量也在不斷增加，往復(fù)壓縮機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)工作，也會(huì)從傳統(tǒng)的事后維修、計(jì)劃性維修，逐漸向計(jì)劃性維修轉(zhuǎn)變，保障壓縮機(jī)組更安全、更可靠的運(yùn)行。