一、機(jī)組概述
【壓縮機(jī)網(wǎng)】某公司K-302AB往復(fù)式壓縮機(jī)是60萬噸/年柴油加氫裝置PSA解析氣壓縮機(jī)設(shè)備。屬于四列二級(jí)壓縮，型號(hào)為4M20-198/0.1-6.5型，水冷式、M型氣體壓縮機(jī)。本機(jī)為少油潤滑設(shè)計(jì)，每列氣缸都設(shè)置了活塞桿下沉監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可參看下圖。
主要技術(shù)規(guī)范：
二、活塞桿下沉監(jiān)測(cè)裝置基本原理
本機(jī)活塞桿下沉監(jiān)測(cè)裝置是某品牌的電渦流位移傳感器，它是一種非接觸式的電磁探頭，通過監(jiān)測(cè)探頭與活塞桿監(jiān)測(cè)面的位移變化，監(jiān)測(cè)出活塞桿的下沉量。電渦流位移變送器是采用電渦流探頭+延長(zhǎng)電纜+前置變送器組成，輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA信號(hào)，防爆等級(jí)為iaIICT4，前置變送器放置在現(xiàn)場(chǎng)防爆接線箱內(nèi)，接線箱放置在壓縮機(jī)附近，再從接線箱接線至DCS，用來顯示和報(bào)警。本機(jī)四列缸在每個(gè)填料函安裝法蘭盤上面安裝了1個(gè)電渦流位移傳感器用于監(jiān)測(cè)各級(jí)活塞桿的下沉量，如左圖所示。
支承環(huán)磨損后會(huì)引起活塞桿會(huì)產(chǎn)生下沉，這會(huì)導(dǎo)致傳感器探頭與活塞桿之間的間隙發(fā)生變化。當(dāng)檢測(cè)探頭頂部的線圈加上高頻電流與導(dǎo)電表面靠近時(shí)，由于線圈磁力線的作用，使導(dǎo)電物體表面產(chǎn)生渦流，從而使線圈的電感量減小。線圈特性的這個(gè)變化被轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)輸出，通過傳感器測(cè)定的活塞桿下沉量可以計(jì)算出支承環(huán)的磨損量，活塞桿下沉量與支承環(huán)的磨損量成正比例關(guān)系。
三、故障發(fā)生過程
2024年1月15日K-302A出現(xiàn)一級(jí)一列活塞下沉量報(bào)警，達(dá)到0.65mm?，F(xiàn)場(chǎng)切機(jī)后停電。拆開中間接筒側(cè)蓋后檢查，從填料函端蓋可以看出，填料磨損嚴(yán)重，證明活塞支撐環(huán)已經(jīng)磨損嚴(yán)重?；钊鲁?，氣缸中磨損的粉末也將導(dǎo)致填料磨損加劇惡化。拆檢后發(fā)現(xiàn)，活塞支撐環(huán)活塞環(huán)已磨損，活塞和氣缸已輕微拉缸。閥窩氣道里發(fā)現(xiàn)大量不銹鋼濾網(wǎng)碎片。進(jìn)一步檢查壓縮機(jī)入口濾網(wǎng)，濾網(wǎng)只剩固定架筒，濾網(wǎng)已抽扁帶走進(jìn)入氣缸。最終導(dǎo)致支撐環(huán)活塞環(huán)異常磨損，觸發(fā)報(bào)警。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，又檢查了一級(jí)二列，雖然沒有報(bào)警，但活塞支撐環(huán)也已經(jīng)磨損，同樣氣缸內(nèi)、閥窩里都有破損的濾網(wǎng)碎片。
根據(jù)這次突發(fā)故障，顯示壓縮機(jī)活塞下沉量監(jiān)測(cè)沒有及時(shí)報(bào)警，運(yùn)行時(shí)位移值有波動(dòng)，但沒有超過報(bào)警值，沒有引起重視。當(dāng)觸發(fā)報(bào)警時(shí)，已經(jīng)損壞嚴(yán)重了?；诖耍瑢?duì)本機(jī)的活塞下沉量監(jiān)測(cè)做進(jìn)一步分析。
本機(jī)一級(jí)和二級(jí)活塞桿下沉量報(bào)警值設(shè)定為：
四、活塞桿下沉量的計(jì)算
計(jì)算之前需要壓縮機(jī)機(jī)組的一些特定的參數(shù)，包括壓縮機(jī)的行程、活塞及活塞桿的長(zhǎng)度、連桿中心距、傳感器的監(jiān)測(cè)位置等。根據(jù)隨機(jī)資料，簡(jiǎn)圖如下：
計(jì)算活塞支撐環(huán)磨損的物理模型及方法（見下圖），在行業(yè)中廣泛應(yīng)用，是一種簡(jiǎn)單普遍的計(jì)算評(píng)測(cè)方式。
設(shè)定：
L1—傳感器的監(jiān)測(cè)中心與十字頭中心的距離
L2—傳感器的監(jiān)測(cè)中心與活塞中心的距離
A為活塞支撐環(huán)實(shí)際磨損量
B為電渦流傳感器測(cè)量的沉降值
首先測(cè)量十字頭和支撐環(huán)（活塞中心）到傳感器的長(zhǎng)度Ｌ1、Ｌ2，通過電渦流傳感器測(cè)量活塞桿下沉數(shù)值Ｂ，通過相似三角形原理，計(jì)算公式如下：
計(jì)算得到支撐環(huán)實(shí)際磨損量
根據(jù)簡(jiǎn)圖和計(jì)算模型：
五、檢查分析
本機(jī)活塞圖紙如下：
由圖可看出，活塞支撐環(huán)磨損極限值3mm，基本屬于拉缸狀態(tài)。
結(jié)合本次磨損和報(bào)警設(shè)置，報(bào)警設(shè)置有偏差。使用過程中的注意事項(xiàng)應(yīng)考慮：
在進(jìn)行活塞桿下沉報(bào)警值和聯(lián)鎖停機(jī)值的設(shè)置時(shí)，要注意考慮一定的誤差范圍。因?yàn)樵诒O(jiān)測(cè)過程中，主要有2個(gè)方面可能會(huì)影響監(jiān)測(cè)精度，造成監(jiān)測(cè)誤差：
?、倩钊麠U在壓縮機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)中可能產(chǎn)生的輕微彎曲；
?、谟捎谑诸^與十字頭滑道中存在間隙，所以在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，十字頭會(huì)有微小幅度的上下運(yùn)動(dòng)。
活塞桿的材質(zhì)和表面涂層對(duì)電渦流傳感器的工作特性曲線有非常大的影響。本機(jī)活塞桿噴涂陶瓷涂層，所以在使用傳感器進(jìn)行壓縮機(jī)運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)時(shí)，首先一定要對(duì)傳感器的曲線進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，活塞在氣缸中的位置會(huì)因熱膨脹而有些許的變化。因此當(dāng)壓縮機(jī)機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行額定工況負(fù)載運(yùn)行4小時(shí)以上后，應(yīng)重新對(duì)監(jiān)測(cè)位置進(jìn)行歸零調(diào)整。
本機(jī)組安裝說明里有關(guān)：
⑴安裝氣缸組件，通過氣缸支撐底板上的調(diào)整螺釘，可調(diào)整氣缸的水平。
?、茟?yīng)使氣缸做水平或徑向位移，或刮研接筒與氣缸止口處連接平面進(jìn)行調(diào)整，不得采用加偏墊或施加外力的辦法來強(qiáng)制調(diào)整，壓縮機(jī)安裝時(shí)應(yīng)以活塞桿冷態(tài)下水平、垂直徑向跳動(dòng)允許值做為驗(yàn)收依據(jù)。
?、撬秸艺龝r(shí)，應(yīng)在氣缸鏡面上用水平儀進(jìn)行測(cè)量，其水平度偏差不得超過0.05mm/m，其傾斜方向應(yīng)與十字頭滑道傾斜方向一致。
所以儀表專業(yè)在安裝調(diào)校傳感器時(shí)應(yīng)聯(lián)合動(dòng)設(shè)備，消除一些因素的干擾。諸如十字頭滑履間隙，滑履在過止點(diǎn)后向上還是向下的受力?；钊麠U在垂直方向冷態(tài)跳動(dòng)值最大時(shí)活塞桿的運(yùn)動(dòng)位置會(huì)受氣缸水平度影響。
至今，國內(nèi)大多數(shù)大型往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿上部或下部加裝了電渦流傳感器，來監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化，已有很多專家學(xué)者對(duì)機(jī)組故障特征提取做了大量的研究工作，并在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。美國石油協(xié)會(huì)在2007年頒發(fā)的API618[1]標(biāo)準(zhǔn)6.3.1和C.3.3中明確提到“臥式往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿水平和垂直冷態(tài)徑向跳動(dòng)偏差范圍在行程的±0.015%之內(nèi)”“盤車試驗(yàn)刻度盤指示器活塞桿水平(側(cè)向)徑向跳動(dòng)不應(yīng)超過0.064mm，不考慮行程長(zhǎng)度”“考慮到可能造成輕微平行偏移或角偏差的所有零件的幾何和配合公差，加上或減去行程許用限值的±0.015%”。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)中圖C-4對(duì)活塞桿重力產(chǎn)生的撓度在千分表處的幾何變形進(jìn)行了專利計(jì)算；標(biāo)準(zhǔn)中C.4.5還提到“在正確對(duì)中條件下并無活塞桿下沉,垂直活塞桿徑向跳動(dòng)非常接近一個(gè)成比例的直角三角形關(guān)系”，其公式如下：
該模型公式未考慮十字頭滑履磨損，因此與實(shí)際情況存在一定偏差。無論是美國API規(guī)定，還是國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，總有些偏差。安裝精度、制造精度、測(cè)量偏差、信號(hào)傳輸精度，最終都將導(dǎo)致偏差的產(chǎn)生，這將促使我們須結(jié)合自身機(jī)組和每次檢修，統(tǒng)計(jì)作出最接近實(shí)際情況的計(jì)算模型，以便設(shè)置最適宜的報(bào)警參數(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1]API618-石油、化學(xué)和氣體工業(yè)設(shè)施用往復(fù)壓縮機(jī).美國石油學(xué)會(huì),2007.
[2]郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
一、機(jī)組概述
【壓縮機(jī)網(wǎng)】某公司K-302AB往復(fù)式壓縮機(jī)是60萬噸/年柴油加氫裝置PSA解析氣壓縮機(jī)設(shè)備。屬于四列二級(jí)壓縮，型號(hào)為4M20-198/0.1-6.5型，水冷式、M型氣體壓縮機(jī)。本機(jī)為少油潤滑設(shè)計(jì)，每列氣缸都設(shè)置了活塞桿下沉監(jiān)測(cè)報(bào)警裝置。其整體結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖可參看下圖。
主要技術(shù)規(guī)范：
二、活塞桿下沉監(jiān)測(cè)裝置基本原理
本機(jī)活塞桿下沉監(jiān)測(cè)裝置是某品牌的電渦流位移傳感器，它是一種非接觸式的電磁探頭，通過監(jiān)測(cè)探頭與活塞桿監(jiān)測(cè)面的位移變化，監(jiān)測(cè)出活塞桿的下沉量。電渦流位移變送器是采用電渦流探頭+延長(zhǎng)電纜+前置變送器組成，輸出標(biāo)準(zhǔn)的4-20mA信號(hào)，防爆等級(jí)為iaIICT4，前置變送器放置在現(xiàn)場(chǎng)防爆接線箱內(nèi)，接線箱放置在壓縮機(jī)附近，再從接線箱接線至DCS，用來顯示和報(bào)警。本機(jī)四列缸在每個(gè)填料函安裝法蘭盤上面安裝了1個(gè)電渦流位移傳感器用于監(jiān)測(cè)各級(jí)活塞桿的下沉量，如左圖所示。
支承環(huán)磨損后會(huì)引起活塞桿會(huì)產(chǎn)生下沉，這會(huì)導(dǎo)致傳感器探頭與活塞桿之間的間隙發(fā)生變化。當(dāng)檢測(cè)探頭頂部的線圈加上高頻電流與導(dǎo)電表面靠近時(shí)，由于線圈磁力線的作用，使導(dǎo)電物體表面產(chǎn)生渦流，從而使線圈的電感量減小。線圈特性的這個(gè)變化被轉(zhuǎn)換成直流電壓信號(hào)輸出，通過傳感器測(cè)定的活塞桿下沉量可以計(jì)算出支承環(huán)的磨損量，活塞桿下沉量與支承環(huán)的磨損量成正比例關(guān)系。
三、故障發(fā)生過程
2024年1月15日K-302A出現(xiàn)一級(jí)一列活塞下沉量報(bào)警，達(dá)到0.65mm?，F(xiàn)場(chǎng)切機(jī)后停電。拆開中間接筒側(cè)蓋后檢查，從填料函端蓋可以看出，填料磨損嚴(yán)重，證明活塞支撐環(huán)已經(jīng)磨損嚴(yán)重?；钊鲁?，氣缸中磨損的粉末也將導(dǎo)致填料磨損加劇惡化。拆檢后發(fā)現(xiàn)，活塞支撐環(huán)活塞環(huán)已磨損，活塞和氣缸已輕微拉缸。閥窩氣道里發(fā)現(xiàn)大量不銹鋼濾網(wǎng)碎片。進(jìn)一步檢查壓縮機(jī)入口濾網(wǎng)，濾網(wǎng)只剩固定架筒，濾網(wǎng)已抽扁帶走進(jìn)入氣缸。最終導(dǎo)致支撐環(huán)活塞環(huán)異常磨損，觸發(fā)報(bào)警。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)狀況，又檢查了一級(jí)二列，雖然沒有報(bào)警，但活塞支撐環(huán)也已經(jīng)磨損，同樣氣缸內(nèi)、閥窩里都有破損的濾網(wǎng)碎片。
根據(jù)這次突發(fā)故障，顯示壓縮機(jī)活塞下沉量監(jiān)測(cè)沒有及時(shí)報(bào)警，運(yùn)行時(shí)位移值有波動(dòng)，但沒有超過報(bào)警值，沒有引起重視。當(dāng)觸發(fā)報(bào)警時(shí)，已經(jīng)損壞嚴(yán)重了?；诖耍瑢?duì)本機(jī)的活塞下沉量監(jiān)測(cè)做進(jìn)一步分析。
本機(jī)一級(jí)和二級(jí)活塞桿下沉量報(bào)警值設(shè)定為：
四、活塞桿下沉量的計(jì)算
計(jì)算之前需要壓縮機(jī)機(jī)組的一些特定的參數(shù)，包括壓縮機(jī)的行程、活塞及活塞桿的長(zhǎng)度、連桿中心距、傳感器的監(jiān)測(cè)位置等。根據(jù)隨機(jī)資料，簡(jiǎn)圖如下：
計(jì)算活塞支撐環(huán)磨損的物理模型及方法（見下圖），在行業(yè)中廣泛應(yīng)用，是一種簡(jiǎn)單普遍的計(jì)算評(píng)測(cè)方式。
設(shè)定：
L1—傳感器的監(jiān)測(cè)中心與十字頭中心的距離
L2—傳感器的監(jiān)測(cè)中心與活塞中心的距離
A為活塞支撐環(huán)實(shí)際磨損量
B為電渦流傳感器測(cè)量的沉降值
首先測(cè)量十字頭和支撐環(huán)（活塞中心）到傳感器的長(zhǎng)度Ｌ1、Ｌ2，通過電渦流傳感器測(cè)量活塞桿下沉數(shù)值Ｂ，通過相似三角形原理，計(jì)算公式如下：
計(jì)算得到支撐環(huán)實(shí)際磨損量
根據(jù)簡(jiǎn)圖和計(jì)算模型：
五、檢查分析
本機(jī)活塞圖紙如下：
由圖可看出，活塞支撐環(huán)磨損極限值3mm，基本屬于拉缸狀態(tài)。
結(jié)合本次磨損和報(bào)警設(shè)置，報(bào)警設(shè)置有偏差。使用過程中的注意事項(xiàng)應(yīng)考慮：
在進(jìn)行活塞桿下沉報(bào)警值和聯(lián)鎖停機(jī)值的設(shè)置時(shí)，要注意考慮一定的誤差范圍。因?yàn)樵诒O(jiān)測(cè)過程中，主要有2個(gè)方面可能會(huì)影響監(jiān)測(cè)精度，造成監(jiān)測(cè)誤差：
?、倩钊麠U在壓縮機(jī)往復(fù)運(yùn)動(dòng)中可能產(chǎn)生的輕微彎曲；
?、谟捎谑诸^與十字頭滑道中存在間隙，所以在往復(fù)運(yùn)動(dòng)中，十字頭會(huì)有微小幅度的上下運(yùn)動(dòng)。
活塞桿的材質(zhì)和表面涂層對(duì)電渦流傳感器的工作特性曲線有非常大的影響。本機(jī)活塞桿噴涂陶瓷涂層，所以在使用傳感器進(jìn)行壓縮機(jī)運(yùn)行情況監(jiān)測(cè)時(shí)，首先一定要對(duì)傳感器的曲線進(jìn)行標(biāo)定。當(dāng)壓縮機(jī)機(jī)組運(yùn)行一段時(shí)間后，活塞在氣缸中的位置會(huì)因熱膨脹而有些許的變化。因此當(dāng)壓縮機(jī)機(jī)組在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行額定工況負(fù)載運(yùn)行4小時(shí)以上后，應(yīng)重新對(duì)監(jiān)測(cè)位置進(jìn)行歸零調(diào)整。
本機(jī)組安裝說明里有關(guān)：
⑴安裝氣缸組件，通過氣缸支撐底板上的調(diào)整螺釘，可調(diào)整氣缸的水平。
?、茟?yīng)使氣缸做水平或徑向位移，或刮研接筒與氣缸止口處連接平面進(jìn)行調(diào)整，不得采用加偏墊或施加外力的辦法來強(qiáng)制調(diào)整，壓縮機(jī)安裝時(shí)應(yīng)以活塞桿冷態(tài)下水平、垂直徑向跳動(dòng)允許值做為驗(yàn)收依據(jù)。
?、撬秸艺龝r(shí)，應(yīng)在氣缸鏡面上用水平儀進(jìn)行測(cè)量，其水平度偏差不得超過0.05mm/m，其傾斜方向應(yīng)與十字頭滑道傾斜方向一致。
所以儀表專業(yè)在安裝調(diào)校傳感器時(shí)應(yīng)聯(lián)合動(dòng)設(shè)備，消除一些因素的干擾。諸如十字頭滑履間隙，滑履在過止點(diǎn)后向上還是向下的受力?；钊麠U在垂直方向冷態(tài)跳動(dòng)值最大時(shí)活塞桿的運(yùn)動(dòng)位置會(huì)受氣缸水平度影響。
至今，國內(nèi)大多數(shù)大型往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿上部或下部加裝了電渦流傳感器，來監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)變化，已有很多專家學(xué)者對(duì)機(jī)組故障特征提取做了大量的研究工作，并在實(shí)踐中得到廣泛應(yīng)用。美國石油協(xié)會(huì)在2007年頒發(fā)的API618[1]標(biāo)準(zhǔn)6.3.1和C.3.3中明確提到“臥式往復(fù)壓縮機(jī)活塞桿水平和垂直冷態(tài)徑向跳動(dòng)偏差范圍在行程的±0.015%之內(nèi)”“盤車試驗(yàn)刻度盤指示器活塞桿水平(側(cè)向)徑向跳動(dòng)不應(yīng)超過0.064mm，不考慮行程長(zhǎng)度”“考慮到可能造成輕微平行偏移或角偏差的所有零件的幾何和配合公差，加上或減去行程許用限值的±0.015%”。同時(shí)，該標(biāo)準(zhǔn)中圖C-4對(duì)活塞桿重力產(chǎn)生的撓度在千分表處的幾何變形進(jìn)行了專利計(jì)算；標(biāo)準(zhǔn)中C.4.5還提到“在正確對(duì)中條件下并無活塞桿下沉,垂直活塞桿徑向跳動(dòng)非常接近一個(gè)成比例的直角三角形關(guān)系”，其公式如下：
該模型公式未考慮十字頭滑履磨損，因此與實(shí)際情況存在一定偏差。無論是美國API規(guī)定，還是國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在實(shí)際應(yīng)用過程中，總有些偏差。安裝精度、制造精度、測(cè)量偏差、信號(hào)傳輸精度，最終都將導(dǎo)致偏差的產(chǎn)生，這將促使我們須結(jié)合自身機(jī)組和每次檢修，統(tǒng)計(jì)作出最接近實(shí)際情況的計(jì)算模型，以便設(shè)置最適宜的報(bào)警參數(shù)。
參考文獻(xiàn)
[1]API618-石油、化學(xué)和氣體工業(yè)設(shè)施用往復(fù)壓縮機(jī).美國石油學(xué)會(huì),2007.
[2]郁永章.容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
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