建立离心压缩机故障诊断标准的新方法

么子云,郭海涛,段礼祥

(1.中石油北京天然气管道有限公司,北京100101;2.中石油江苏液化天然气有限公司,江苏南通226400;3.中国石油大学(北京)机电工程学院,北京 102249)

建立离心压缩机故障诊断标准的新方法

么子云1,郭海涛2,3,段礼祥3

(1.中石油北京天然气管道有限公司,北京100101;2.中石油江苏液化天然气有限公司,江苏南通226400;3.中国石油大学(北京)机电工程学院,北京 102249)

提出一种建立离心压缩机振动诊断标准的新方法,该方法通过数据截取、去除跳变值得到压缩机运行良好时的振动数据,以此为基础提取不同压缩机不同振动指标的标准值及超限值,从而形成针对不同压缩机的个性化诊断标准库。诊断过程中以此库为标准,判断压缩机运行状态。将该方法应用于陕京线离心压缩机的日常监测,诊断结果完全正确,表明此方法的成熟可靠,具有推广价值。

离心压缩机;故障诊断;标准;个性化

Abstract:A new method was put forward to establish a diagnostic standard for compressors respectively.The vibration data were got well through data capture and removal of the abnormal data.And then the standard library which includes the standard value and the limited value was picked up from the vibration data.The established standard was used to diagnose the centrifugal compressors of Shanxi-Beijing pipeline,and the conclusion is correct.It shows that the method is mature and reliable.

Key words:centrifugal compressor;diagnostic standard;standard;personalization

离心压缩机是天然气输送的关键设备,在运行中出现故障而停机不仅会影响正常的生产,所造成的经济损失更是无法估量[1]。振动信号是当前离心压缩机状态监测和故障诊断的主要信号源[2-3]。针对压缩机的各个关键部位,出厂数据册中都有相应的振动限值,此外 GB/T6075.3—2001等相关标准也对压缩机各个测点振动值做出了规范,但是这些标准所包含的限值通常是压缩机振动的上限值,即保护停车值,而且在机组正常运行中并不能及时、准确地反映压缩机的运行状态。本文通过对压缩机历史振动数据分类筛选,提取其标准值及超限值,建立压缩机振动标准,并获得针对单台压缩机不同振动指标的振动标准库,以此标准库为参照,精确地判断压缩机的运行状况,从而实施机组状态预警。

1 诊断标准的建立原理

通常,压缩机在投产时会配有相应的数据监测系统,该系统用于采集、存储压缩机运行数据。建立诊断标准所用到的数据可以直接从该数据库提取。通过数据截取、去除跳变值和提取标准3个步骤建立所需标准库。

1.1 数据截取

压缩机诊断标准的建立应基于压缩机运行良好下的状态参量。压缩机在线振动监测系统所采集存储的数据包含其各种状态之下的振动信号,不能直接作为建立标准的数据源。因此在数据截取的过程中,应结合维修保养报告,截取压缩机机组2次保养间正常运行且状态最好的历史运行数据,并从中提取每个测点正常运行时的振动值,从而形成压缩机良好运行的精简数据库。

1.2 去除跳变值

数据截取后形成的数据库仅仅从时间历程上去除了压缩机运行恶劣时的振动数据,但是其中依然包含由于压缩机运行时的启停机、机组工况改变或数据采集器不稳定等原因所产生的数据跳变值,该跳变值的幅值远远偏离压缩机正常运行振动幅值,大大地影响了诊断标准值的计算,因此在计算获得标准值前应去除此类跳变值,以获得建立诊断标准所需的精简而有效的数据源。

1.3 提取标准

同样,用上述方法计算所有测点各个特征值的平均值即可获得不同测点不同特征值所对应的诊断标准值,从而获得超限值,继而形成压缩机新的诊断标准库。

2 应用

2.1 陕京线天然气压缩机诊断标准的建立

在陕京线,已有8台离心压缩机组安装了在线振动监测系统。该系统具有良好的数据采集功能并能提供丰富的振动图谱,能够形成一个全面丰富的压缩机振动数据库。该系统的诊断虽然已智能化,但仍不能评估机组工况的劣化程度,实施机组的运行状态预警,以至于仍采用机器出厂资料中的振动限定值或一般旋转机械的振动标准作为机组的保护值。本方法主要用于建立单台机组个性化振动标准,评估机组的运行状态,实施机组运行情况预警,从而达到指导机组维修的目的。

图1 压缩机测点示意

本方法提取了8台压缩机近3 a来的历史数据作为样本,每台选取压缩机前径向轴承及后颈径向轴承X Y方向振动测点[4],标号 VE-701X、VE-701Y、VE-702X和 VE-702Y四个测点(如图1所示,下文分别用1～4号测点来表示)、每测点20 000个数据点,每个数据点5个特征值,共320万个特征值,建立了单台机组个性化的标准库,表1列出了每个测点的其中3个特征值的标准值。

2.2 2#中间压气站B压缩机的诊断

表1列出了陕京线8台压缩机共32个测点的通频值、1倍频、2倍频的标准值和超限值。通频值是用来反映测点的整体振动情况,1倍频用来反映转子不平衡的情况[5],2倍频用来反映转子不对中的情况,当实测值大于标准值与超限值的和,则发出报警。按照新建的振动标准库编制监测软件,并对陕京线8台天然气压缩机进行实时监测和故障诊断。在2009-02-27发现2#中间压气站的B机组测点1和测点2的1倍频超限,如图2,判断为压缩机转轴不平衡,而此时根据通用标准进行振动监测的系统并没有报警。

表1 离心压缩机振动标准

图2 新标准诊断报告

在接下来的机组保养过程中,技术人员通过解体压缩机发现压缩机有明显的转轴不平衡,与诊断结论完全吻合。

3 结论

本文提出了一种建立压缩机振动诊断标准的新方法,该方法根据离心压缩机的历史振动数据,有针对性地建立了压缩机的个性化振动标准库。在实际应用中,诊断结果和实际情况完全吻合,表明该方法成熟可靠,能够及时、准确地反映压缩机的运行状态,诊断出压缩机的故障。

[1] 江 恒,王友钊.旋转机械在线状态监测与故障诊断系统开发研究[J].石油矿场机械,2005,34(3):68-70.

[2] 张来斌,王朝晖,张喜延,等.机械设备故障诊断技术及方法[M].北京:石油工业出版社2000:17-30.

[3] 张建中.旋转机械常见典型故障机理与特征分析[J].广西轻工业,2008(7):32-33.

[4] 于晓红,张来斌,王朝晖.基于振动频谱分析的注气压缩机故障诊断[J].石油矿场机械,2005,34(5):19-23.

[5] 谢龙汉,单 岩,周超明.旋转机械中的不平衡故障[M].北京:清华大学出版社,2005.

New Method to Establish Fault Diagnostic Standard of Centrifugal Compressor

YAO Zi-yun1,GUO Hai-tao2,3,DUAN Li-xiang3
(1.PetroChina Beijing Gas Pipeline Co.,Ltd.,Beijing100101,China;2PetroChina Jiangsu LNG Company Limited,Nantong226400,China;3.College of Mechanical and Electrical Engineering,China University ofPetroleum(Beijing),Beijing102249,China)

TE928

A

1001-3482(2010)08-0065-04

2010-01-06

中国石油天然气集团公司创新基金资助项目(07E1005)

么子云(1978-),男,河北唐山人,工程师,硕士,现从事大型旋转设备管理工作及机电设备的监测与诊断研究,E-mail:yaoziyun@gmail.com。