离心压缩机组轴系仪表应用经验浅谈

刘国旺

（岳阳长炼机电工程技术有限公司 鄂尔多斯分公司，内蒙古自治区 鄂尔多斯 017209）

0 引言

国内某煤化工公司的煤制氢、气制氢装置采用壳牌煤气洁净技术建设的煤气化装置，利用干法煤粉加压气化技术。该装置内都具有主要的透平氨冰机、循环气极冷压缩机、原料气压缩机这3 个主流程离心式压缩机组，影响着整个装置的生产开停工，所以对轴系仪表的准确性、真实性、稳定性尤为重要。

煤制氢装置中，循环气压缩机与壳牌气化炉所连接的工艺气系统相连接，由于工艺复杂、设备技术前沿、自动化程度高，从原始开工至今，气化炉的长周期运行一直是困扰生产装置的问题。如果每条烧嘴内煤粉流通时不稳定，且又在气化炉高负荷情况下各煤线不均匀燃烧，就会出现烧嘴罩“偏烧”导致各烧嘴罩磨损烧破漏出来的循环水严重影响了气化炉生产合成气的能力，特别严重的情况下还会导致气化炉换热段的各级换热器表面和循环气压缩机机组的叶轮片上附着一层“石灰块化”的介质，不仅会影响气化炉合成气的流通量，甚至可以导致压缩机负荷过大，或因振动过大导致非正常停机。

1 机组轴系仪表介绍

测量离心压缩机组或者往复机组等转动机组设备“转子”或者“轴”的运行状态的一系列仪表探头的总称，譬如：振动、位移、转速、温度、键相、膨胀差、角速度等。

1.1 轴系仪表测量系统的组成部分

图1 轴系仪表探头回路组成Fig.1 The composition of the shafting instrument probe loop

1.2 标定的分类和适用范围

1）专业标准表述：分为静态校验和动态校验

静态校验是指对探头本身出厂的直流信号所反映出来的线性、灵敏度等关键指标属性，通过TK3 等校验平台模拟信号的方式，进行数据排列、汇总、计算、分析，判断是否符合出厂性能指标的过程。

动态校验是指对探头本身出厂的交流信号所反映出来的动态信号，也是通过TK3 等校验平台模拟信号的方式，进行数据排列、汇总、计算、分析，判断是否符合出厂性能指标的过程。

2）俗称：离线处理和在线处理

离线处理狭义来讲就是通常所说的，在停工、停机等不生产的期间，对轴系仪表探头进行静态校验和动态校验的处理，包括完好检查、探头好坏检查、电阻值测量、延长线电缆检查等。

在线处理就是离线处理相反的情况，在装置和机组正在运行期间，采用分段、校验、模拟、试验、对比等各种排查手段进行数据的分类、收集、辨识、分析，最终形成方向性或者锁定故障点、问题、结论，供设备专业参考，判断下一步的措施和方案。

1.3 在线处理涉及的内容和标定检验方法

在线检测试验探头的电阻值变化和“间隙”电压信号输出反应。

运行中的往复机组上安装的轴下沉探头的在线模拟：通过使用TK3 连接以及安装在往复机上的探头以及延长线、前置器模拟。试验测试出TK3 所“模拟测量间隙”通过轴下沉探头的测量信号电压值的反应变化，“模拟测量间隙”操作中前置器的输出信号与运行机组上安装的探头实际测量的“间隙”直接到3500 监测系统的信号相关，试验证明在3500 系统中有被取反或者“量程”—“模拟测量间隙”的情况。

2 轴系仪表在线处理案列

2.1 案列一：某煤气化氨冰机各类轴系仪表故障的在线判断和优化

故障现象：

1）汽轮机6 个转速探头无锁紧螺母，其安装处为凹面，给固定探头带来不便。检修后转轴位置可能变化，必须重新测绘探头安装间距。

2）压缩机低压端对角布置的某两支双支热电阻，一侧两支温度同步偏高。

3）汽轮机侧轴向位移Z300A/B 在半年的时间内，DCS系统上的机械位移的仪表显示值逐步按照每一周0.01mm或者每两周0.01mm 的规律，逐步增大，趋近报警值和联锁值。

产生的结果和影响：

1）由于汽轮机转速探头所组成的回路和本身性能，无法通过电压、电流等测量指标判断探头距离汽轮机转轴齿轮的间隙距离，容易在回装转速探头的过程中造成探头磨损甚至被打折。

2）在压缩机转轴同位置360°周围布置的所有瓦块上的温度点，只有靠近下轴点的瓦块温度高，排除掉检修机械专业提供的间隙数据在正常范围内的情况下，在线准确判断温度点是否准确，共设备和工艺专业判断，都有停机停工检查的必要性。

3）该透平氨冰机是影响全厂停车的压缩机，因此该汽轮机位移的显示不正常，必须查明原因，否则严重影响该机组的长周期运行，甚至导致全厂停车。

处理措施：

1）对于转速探头：①现场测绘转速探头凹面安装处数据与探头螺纹规格（美制3/8-24UNF 螺纹），加工配套的特制锁紧螺母，确保探头能安装牢固，同步采用2mm 四氟条作为安装间隙标准，指导安装；②通过3 种手段测量、相互印证、确定安装间距，利用精确测绘、计算出的探头螺距为1.41mm 确定探头安装间距；定位时与机修专业配合在探头顶部与转轴齿轮处选用2.0mm 厚的四氟加工件确定探头安装间距，使用塞尺测绘。

2）对于温度探头，低压端TE217A/B 温度偏高，采取以下3 步走方式在线判断温度值准确度：

①通过接线箱内的端子处线路互换的“基本”方法，观察一段时间显示温度基本一致，判断一次元件和线路均无问题；②采用上述的“标定检验”方法，使用仪表信号发送器“劲仪”，对单支信号进入系统的点，模拟温度信号，三组持续半小时以上的数据采集，排除控制系统问题；③在现场温度一次元件接线盒内，同步使用精度和检测响应较高的万用表，通过采用在接线箱内断开与系统连接，直接测量电阻值一段时间，判断电阻值对应的温度显示正确。

3）对于位移探头，采取同样的“三步走”方法，数据量化分析判断为主要依据反算：①通过接线箱内的端子处线路互换的“基本”方法，观察一段时间显示温度基本一致，可以大致判断探头和线路均无问题。

②通过在接线箱内在线测量间隙电压值，反算出来的探头实际间隙值，对比静态校验线性数据对比判断，测量准确性，依据本特利探头灵敏度性能计算公式：

③通过3500 系统监控软件，监控得到的间隙电压和间隙值，“第二”项计算所得数据，再次对比验证判断，测量准确性。

处理后效果：

图3 设计加工的背紧帽实物图Fig.3 The physical picture of the designed and processed back tight cap

图4 汽轮机转速探头的原安装实物图Fig.4 The original installation physical diagram of the steam turbine speed probe

图5 设计机加工背冒改造后的安装图Fig.5 The installation diagram after the design and machining of the back cover is modified

图6 瓦温内持续同步走高的趋势图Fig.6 The trend chart of continuous and synchronous rise in Wattwen

1）转速探头可以用“数据”证明其完整的“新参数”，准确把握安装位置。

2）瓦温可以排除一次元件问题，后经运行中油路的相应调整，证实温度元件监测正常，确定为瓦间隙部位存在“异物”杂质，导致局部温度升高。

3）位移探头的测量监测数据分析可以充分证明监测存在的“规律性”，在检修期间开盖后验证为机械部分的“预拉量”所致。

2.2 案列二：某煤气化循环气压缩机位移位置和支架改造

故障现象：

在安装仪表探头时增加背紧力的过程中，两支位移探头在安装时会相互影响安装的相对位置变化，造成仪表安装电压的显示误差。

产生的结果和影响：

1）位移探头根部同轴电缆线易折断，屏蔽层破裂，影响测量回路的稳定性测量。

2）测量不准或者波动“假指示”，轻则联锁停车，重则影响设备对轴位移的监测以及对设备运行安全性的判断。

3）甚至导致整个装置停车。

处理措施：

实施“位移安装支架的”位置和结构的改造，如图9、图10 所示。

处理后效果：

更新后可以保证位移探头的稳定性测量，彻底解决安装时的相互干扰，以及在线使用时排除不掉的相互影响的因素。

2.3 案列三：气制氢原料气压缩机转速探头的隐患故障处理和改造

故障现象：

图7 原压缩机位移安装支架Fig.7 The original compressor displacement mounting bracket

图8 原压缩机位移安装支架固定方式Fig.8 Fixing method of original compressor displacement mounting bracket

图9 压缩机位移安装支架设计草稿原图Fig.9 Original drawing of design draft of compressor displacement mounting bracket

图10 改造后的压缩机位移安装支架Fig.10 Compressor displacement mounting bracket after modification

1）6 个汽轮机转速探头接线处因高温过热，航空插头与电缆损坏，易造成线路老化或短路，转速信号虚接、波动。

2）ITCC 机组控制系统中的转速信号接入PI 卡，因转速探头所产生的脉冲频率高于卡件频率，同时硬点单通道信号接入，而且会干扰到其他通道的脉冲信号接入。

产生的结果和影响：

影响调速阀自动调节，机组在开机升速过程中波动，尤其是过临界时对机组产生危害，运行正常后的波动则会影响机组平稳。

处理措施：

1）在现场，对于转速探头重新焊接接头或者更换航空插头，并购买防高温黄腊管，并在内部填充防高温胶，进行隔离。现场的接线处将原6 个探头的线路混合在一起，使用防爆软管分开整理，排除现场信号线间距离过近可能产生的干扰源问题。

2）在机柜间，用2KΩ 的色环电阻短接正在使用的通道，将不使用的各个信号通道用“短接线”直接短接，排除解决系统通道间的干扰问题。

处理后效果：

图11 整改后实物图Fig.11 Physical map after rectification

对以上里外的相关组件，包含机械部分对阀门内件结构进行逐一整改后，彻底解决了相互干扰导致的调速阀波动的问题。

3 结束语

仪表专业经过两至三年的探索，大大地增加了在线处理离心压缩机的轴系仪表故障处理的经验，有效排除了仪表故障和隐患，能够准确地给动设备专业提供非常有参考价值的测量参数和数据，帮助工艺装置指导生产和设备运行意见，逐步达到并最终实现了离心压缩机组的长周期运行的目的。