BOG压缩机状态监测和可靠性技术分析

魏光华

摘要：简述BOG压缩机不同监测技术的作用和特点，特别是活塞杆沉降的监测原理， 探讨该方法的正确使用;通过统计分析历次BOG压缩机维修记录，分析磨损规律，寻找BOG压缩机的薄弱点，优化维修策略从而提高可靠性。

关键词：往复压缩机状态监测;活塞杆下沉;维修策略

1.BOG压缩机在LNG接收站的重要作用

来自LNG储罐和管道系统漏冷产生的BOG经过压缩机压缩后，和过冷循环的LNG混合被冷凝回收，没有或者无法回收的BOG将送到火炬系统处理;据估算每年回收的BOG约可产生1亿元以上的经济效益;从安全的角度，BOG压缩机在维持LNG储罐安全压力和确保LNG船安全卸料也起到重要的作用。

2.状态监测技术在BOG压缩机上的应用

2.1往复压缩机的一般监测技术和实践应用特点

往复压缩机的状态监测技术有多种多样，但并非所有的手段都是易于实践并行之有效的;常用的监测技术有示功图、气阀温度、振动、超声波、油液监测、轴承温度和工艺参数在线监测等。

示功图法要求条件严格，需要压力值变送器从气缸读取压力值，结合曲轴相位（角度）获取行程值进而换算为体积，配备专用软件绘制PV图，对使用人员要求专业性高，应用的不普遍;

超声波主要是针对阀门，缺点是对测量位置和方向敏感，再加上表面结冰，需要除去冰层后测量，位置和表面液膜会影响重复性，而且阀门存在比较严重故障时才能被察觉。

油液监测也是有效的监测手段，油液理化指标跟进，磨损颗粒光谱、铁谱分析能反映磨损程度，但此时已经是严重故障，如果综合利用油过滤器的压差、主轴承温差和其磨损颗粒铁谱分析相结合的方法来跟进，效果会比较好。

工艺参数主要包括压缩机的入口压力与温度，出口压力与温度，中间缓冲罐的压力与温度，流量，工艺参数非常重要。机械监测参数主要包括：润滑油压力与温度， 油过滤器压差，主轴瓦轴承温度，电机电流和电机轴承温度，以及电机绕组温度等。

2.2活塞杆下沉监测原理与BOG压缩机活塞杆沉降监测的注意事项

活塞杆下沉监测支撑环（导向环）磨损是一种较行之有效的方法，应用比较普遍，但是它的准确性必须建立在正确的组态和零点调校的基础上，否则起不到保护和警示作用。活塞杆下沉监测是利用电涡流探头测量探头到活塞杆的间隙电压和间隙电压的变化。

探头位置L1

活塞中部位置

活塞杆长度L2

L1

L2

B1

B2

图1

B1.：探头指示，B2：支撑环实际磨损量

• 压缩机备用和运行状态温差很大（温差最大1200C以上），机械温差变形根据公式（1）， 估算长度1m的变形量为1.4mm，除了温差变形外，大温差将会导致气缸产生较大热应力;
• =DT×b× L1/L  （1）
• ：热膨胀系数可以取 1.2×10-5m/℃， DT是温差变化，  L1/L 表示长度单位比。

3.LNG接收站BOG卧式往复压缩机维修统计和可靠性分析

3.1维修统计

BOG压缩机易磨损件失效统计          表1

检修时间

填料（平均）

填料（最小）

正常/极限

支撑环 （最小）

极限

活塞环（最小）

正常/极限

备注

Mar-08

15.817

15.43

16/13

2.5

0.5

N/A

N/A

B1

14.127

10.93

16/13

2.55

0.5

N/A

N/A

B2

May-10

15.834

15.54

16/13

1.8

0.5

7.89

11/6

B1

15.071

13.68

16/13

2.3

0.5

11.86

13/7

B2

Jun-10

15.315

14.5

16/13

1.7

0.5

7.6

11/6

A1

12.996

8

16/13

2.3

0.5

11.52

13/7

A2

Jul-11

15.338

14.4

16/13

1.58

0.5

9.64

11/6

B1

15.229

15.6

16/13

1.94

0.5

11.5

13/7

B2

Jul-11

15.259

14.2

16/13

1.95

0.5

9.6

11/6

A1

15.814

13.23

16/13

2.17

0.5

11.44

13/7

A2

Jan-13

12.593

6.36

16/13

1.96

0.5

10.06

11/6

A1

11.464

4.3

16/13

1.7

0.5

10.96

13/7

A2

Mar-13

14.961

13.4

16/13

2.15

0.5

8.04

11/6

B1

15.666

15.2

16/13

1.6

0.5

10.82

13/7

B2

从上表中分析，BOG压缩机最薄弱的地方是气缸主填料和以及一级支撑环（导向环），如同水桶的短板效应，整体压缩机的整体可靠性和使用寿命。支撑环磨损量与运行时间和支撑环的接触压有关;而BOG压缩机最重要做功部件-活塞环的磨损速率并不高，基本上不影响大修周期，活塞环是由非金属自润滑材料（如石墨或者其它材料填充聚四氟乙烯（PTFE））等制造，磨损量由公式（2）计算：

h= KPVt （2）

式中：h-径向磨损量，m;K-磨损因数，m /（N·m），与材料有关;P-活塞环与气缸间的接触压力，Pa，与工作中活塞环两侧的压力和压紧力有关;V-活塞环的平均速度，m/s;t-磨损时间，S。

综上所述，可以有针对性地制定维修计划和检修范围，可以节约维修费用的同时提高设备可靠性。

3.2维修策略和可靠性分析

早期传统的维修模式是采取事后维修和定期维修，现在相关统计数据证明事后维修造成的生产、维修损失成本高，特别是连续生产和营运的企业，费用比例会更高;定期维修是基于设备疲劳浴盆曲线或者认为设备的寿命是和时间有关的，但是现代设备失效模式统计和分析发现，与时间有关的失效只占总失效模式量的11%， 而和时间无关或者带有随机性的设备失效模式占了89%，经过科学论证和大量数据统计说明，基于状态监测的预知性维修、以可靠性为中心的维修模式等先进维修策略或管理模式更科学合理;以 BOG往复压缩机为例，易磨损件（填料环、活塞环、支撑环和气体密封等）和运行时间有关，但是不同部件的寿命又有差别，经过维修过程中测量、统计分析找到薄弱点，有针对性地进行小修，再结合状态监测实施中修和大修的维修策略， 既可以降低维修费用，又可以提高设备利用率和设备可靠性。

参考文献：

[1]ROD DROP MONITORING， DOES IT REALLY WORK？ By Steven M. Schultheis， Principal Engineer， Equistar Chemical LLP Channelview， Texas and Brian F. Howard， Diagnostic Specialist. Bently Nevada Corporation， Houston. Texas.  Page11～20.

[2]API 618 往复压缩机第四版本1995，美国石油协会，华盛顿，99～105.

[3]API 670机械保护系统第四版本 2000，关于振动，轴位移和轴承温度监测系统，美国石油协会，华盛顿，9～26.

[4]ROD Drop Getting It Right， by Brian Howard，New Product Initiative Leader， Reciprocating Machines， Bently Nevada

[5]陈峰， 纪琳等.大型往复式压缩机的状态监测与诊断.管道技术与设备，2010第4期

[6]陈功剑，杜文峰等.提高BOG压缩机运行可靠性的方法.承德石油高等专科学校学报.第4期第13卷，2011年12月