往复压缩机常见故障监测诊断技术应用与发展趋势

赵子龙，季卫星，宋静国

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

往复压缩机常见故障监测诊断技术应用与发展趋势

赵子龙，季卫星，宋静国

（大庆石化公司炼油厂，黑龙江大庆163711）

往复压缩机是很多过程工业中的关键设备，越来越多的往复压缩机安装了在线监测系统。分析了往复压缩机的常见典型故障并总结了其主要的诊断方法；结合3种典型的故障案例说明在线监测诊断技术在实际现场应用的重要意义；最后就往复压缩机故障诊断技术的发展趋势给出了一些见解。

往复压缩机；在线监测；故障诊断

1 往复压缩机常见故障

往复压缩机是一种容积式压缩机，具有压力适用范围广、压缩效率高、工作压力稳定等特点，在生产中应用广泛。在正常运转时，作用于运动机构上的主要有惯性力、气体力和相对运动表面之间产生的摩擦力。其结构复杂，易损件较多，出现故障的概率大。而且一旦出现故障，不能及时发现并排除，造成事故，给生产带来巨大的经济损失，有时甚至会造成人身伤忘。往复式压缩机典型故障与原因如表1所示。

2 往复压缩机故障监测诊断方法

往复压缩机广泛应用于化工工艺过程、气体输送以及动力工程等重要场合，在国民经济的很多部门中属于必不可少的关键设备。随着机械设备在线监测技术的不断发展，越来越多的往复压缩机安装了在线监测系统，其采用多种传感器，如温度、压力、振动、位移（测量活塞杆沉降）等传感器，来监测整个机组及其零部件的运行状态，从而做到对故障的提前预知，避免恶性故障的发生。

目前国内外从事往复压缩机在线监测的企业主要有北京博华信智、Hoerbiger、Bently（GE）、西马力等公司，其中北京博华信智科技股份有限公司的产品BH5000R往复机械在线监测诊断系统已经在国内炼化等企业得到广泛应用，并取得了良好的故障预警诊断实效。

往复压缩机采用的主要监测方法如下：

（1）工况热力参数法。热力参数是根据往复压缩机的热力参数来判断设备及其零部件运转状况的一种方法。热力参数包括往复压缩机的进、排气温度、压力，冷却水、润滑油的温度、压力和流量。

（2）振动检测分析法。振动声学法监测是指通过对机械设备的振动、噪声信号的检测、分析、处理寻找机器故障的方法。理论上讲，振动信号含有的信息最丰富，以此来寻找故障源最简便，该方法在旋转机械诊断技术中的应用最普遍。目前气阀振动信号的分析处理方法主要有：频谱分析法、时域分析和包络分析法。

（3）气体泄漏监测法。主要是对气阀和填料函磨损故障进行诊断，填料函磨损故障是采用泄漏监测来实现的。

（4）油液分析法。油液分析是根据润滑油中的金属含量来评定往复压缩机不同摩擦副的摩擦程度。油液分析法在往复压缩机中的应用并不十分普遍，因为双作用往复压缩机、无油润滑往复压缩机的气缸部分得不到反映，在发动机中应用较多。将其应用于监测曲柄连杆机构的磨损状况应是一种比较理想的辅助手段。

表1 往复压缩机典型故障及其主要原因

3 往复压缩机典型故障诊断案例

（1）撞缸故障。某石化K1202A机组安装了北京博华信智公司的BH5000R在线监测诊断系统。在2014年12月13日，1#缸出现明显异常。机组于20点24分左右出现活塞杆沉降快速变化，同步出现气阀温度异常升高，在线监测系统发送报警邮件给巡检人员；21点30分左右，机组缸体振动与曲轴箱振动迅速增大，机组运行状态严重异常，现场及时停车。开缸后发现，机组1#缸已发生活塞组件掉落，引发轻微撞缸。图1为监测系统在故障发生前后监测到的1#缸活塞杆沉降、十字头冲击振动和机身振动的信号，现场故障照片如图2所示。

图1 机组1#缸发生故障前后的信号波形

图2 发生撞缸故障的缸头

图3 发生拉缸故障的缸体内壁

（2）拉缸故障。2011年8月～10月，某石化公司两缸卧式往复压缩机1#缸运行过程中拉缸故障。从BH5000R在线监测诊断系统中的信号中可以看到：2个月左右时间内，活塞杆沉降量相对变化量超过500 μm，沉降波形在缸头处存在现出剧烈波动；缸体振动冲击峰值异常增大，由20 m/s2增大到50 m/s2左右，振动波形也在缸头处出现强烈冲击，BH5000R系统持续报警，现场停车后发现支撑环、活塞环已发生严重磨损，缸头处存在轻微拉缸。

（3）气阀故障。往复压缩机在工作过程中，气阀在一个正常的工作周期内的振动时域波形中，其能量主要集中在3处：排气阀开启时，出现强烈的机械撞击以及短时间的气体流，此处振动峰值最大；排气阀关闭时，由于气路被切断，所以出现一定的气流冲击，形成一个关闭压力峰值，此处振动峰值次之；吸气阀开启时，也会出现机械撞击，导致流道内出现短暂的噪声。

某石化聚丙烯厂C301往复压缩机组，2011年12月至2012年1月，2个月以来运行状态异常，4#缸缸体振动由40 m/s2左右逐渐增加至72 m/s2左右；振动波形在内侧吸气阀开启处振动较大；外排温度1由62℃逐渐升高至74℃左右，外排温度2由45℃逐渐升高至52℃左右。故障图谱见图4，4#缸缸体振动有增大趋势，4#缸外排温度1、2有增大趋势。

4 往复压缩机故障监测诊断技术发展趋势

随着现代科学技术的发展，特别是信息技术、计算机技术、传感器技术等多种新技术的出现，数据采集、信号处理和分析手段日臻完善，设备故障诊断技术正在变成计算机、控制、通信和人工智能的集成技术。近年来故障监测诊断技术呈现以下发展趋势：

（1）诊断技术多元化。诊断技术吸收了大量的现代化科技成果，使诊断技术可以利用振动、噪声、应力、温度、油液、电磁、光、射线等多种信息实施诊断，还可以同时利用几种方法进行综合诊断。多种现代信息处理方法，如神经网络、全息谱技术、小波分析、数据融合技术、数据挖掘技术等前沿科学成果也被用于故障诊断领域，提高了诊断的准确性。

（2）故障诊断实时化。实时监测是航空、航天技术和现代化工业生产的要求。现代化工业要求生产装备的高度自动化、集成化和大型化发展，越复杂的工业装备，越应该具备高度的可靠性和抵御故障的能力，以确保系统安全、稳定、长期、满负荷、优化运行。为此需要快速、有效的故障信号采集、传输、存储、分析和识别以及决策支持。

（3）诊断方法智能化。在工业现场，从监测到的故障信息去判别故障原因往往需要技术人员有较高的专业水平和现场诊断经验，要想将诊断技术推广应用，必须使用仪器或系统智能化，制造出“傻瓜式”诊断系统，这样可以降低对使用者技术水平的限制。应充分利用计算机及其软件技术和专家知识、经验使诊断系统智能化，从而使普通技术人员使用诊断系统得到的结果能达到诊断专家的水平。神经网络、专家系统、决策支持系统和数据挖掘技术等可以为实现人工智能诊断提供技术支持。

（4）监测诊断系统网络化。随着Internet和Intranet的普及应用，国内外许多大型企业设备管理已向网络化发展，设备监测和诊断网络化已成必然。采用传感器群对工业装备进行监测，将数据采集系统有线或无线通信与监测诊断系统、企业管理信息系统通过网络相连，使管理部门及时获得设备运行状态信息，有利于科学维修决策。借助Internet还可以提供范围广泛的专家支援、网上会诊，实现远程诊断。

近年来，应用基于无线局域网等技术的无线网络技术在发达国家开始应用，我国不少机构也在开始研究，这是监测诊断技术发展的重要趋势，应引起足够的重视。

图4 C301机组4#缸历史运行状态图

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Application and Developing Trend of Monitoring and Diagnosis Technique for Common Faults in Reciprocating Compressor

ZHAO Zi-long,JI Wei-xing,SONG Jing-guo
(Daqing Petrochemical Corporation Refinery Plant,Daqing 163711,China)

Reciprocating compressor is the key equipment for many process industries and more and more reciprocating compressors installed with online monitoring system.This paper analyzed the common typical faults occurred in reciprocating compressor and summarized the main diagnosis method.Then the important meanings of the application of online monitoring diagnosis technique in practical site were stated combined with three types of typical fault cases.Finally,some advices aimed at the developing trend of faults diagnosis technique for reciprocating compressor are pointed out.

reciprocating compressor;online monitoring;fault diagnosis

TH457

B

1006-2971（2015）03-0057-04

赵子龙，男，工学学士，工程师，2002年毕业于大庆石油学院化工设备与机械专业，主要从事炼油厂动设备管理工作。E-mail：lyzzl@petrochina.com.cn

2015-01-26