基于在线状态监测的丙烷气双螺杆压缩机故障诊断分析

水龙，郝兆鹏，秦少锋

（1.西安因联信息科技有限公司,陕西 西安710065；2.杭州安脉盛智能技术有限公司，浙江 杭州310051）

双螺杆式压缩机是由两个螺杆彼此啮合组成的螺杆式压缩机，螺杆式压缩机作为回转式压缩机的一种，同时具有活塞式和动力式（速度式）两者的特点，因其具有可靠的运转性能、易损件少、效率高等优点，在我国石油化工行业得到了广泛的应用，属于生产装置中的关键设备，设备的健康情况直接关系到整个生产流程的稳定性、安全性[1-4]。 由于设备内部零件较多，造成机体振动的原因多样化，在线状态监测技术在双螺杆压缩机的故障诊断中所起的作用越来越重要。

传统的监测、诊断方式已不能满足实际生产过程中的需求，当因为现场某种故障触发了设备的联锁机制导致设备意外停机，将不可避免的带来巨大的损失，这时引入在线状态监测系统是十分必要的。 在线状态监测系统通过将设备振动、温度、电流等工艺参数引入到系统内，通过综合分析找出设备故障原因，提前预警并制定出合理的检修策略，从而达到减少设备故障次数，减少停机，避免意外停机。

1 双螺杆压缩机的故障诊断分析方法

设备状态监测故障诊断的分析目的在于通过对设备的状态监测与诊断等手段，掌握设备状态变化趋势， 提前发现设备的故障特征及征兆，根据设备的具体情况做出合理的预防性维修措施，从而达到控制或者延缓设备故障的进一步发展，实现预知性维修的目的[5，6]。

由于双螺杆压缩机内部较为复杂，一旦设备发生故障，由于其原因的多样性，往往对故障的定位带来一定的难度，这时往往就需要借助多种手段对其故障进行定位。 转子磨损严重、阀组损坏、转子与排气座端间隙过大、间隙超差、轴承故障、齿轮故障等故障皆可通过振动监测的分析方法进行分析定位[7-9]。 当设备发生故障时，可通过在线状态监测系统采集到的振动信号，分别从时域、幅域、频域反应设备的故障信息。

振动信号的处理技术对设备故障的正确诊断具有十分重要的作用。 目前常用的监测分析工具有频谱分析、幅值分析、加速度包络分析、时域分析、趋势分析、峭度分析等。 由于丙烷气双螺杆压缩机的重要性，采用在线状态监测的方式，提取设备的各种运行参数，通过与现场数据端口的链接，实现了对压力、电流、温度等工况信息的引入及监测，结合采集的振动的频谱、时域、趋势、幅值等信息，可对设备的状态做出一个综合的判断，对设备故障做出精准的定位。

2 丙烷气双螺杆压缩机组参数及测点布置

以某化工厂为例，丙烷气双螺杆压缩机采用佳木斯电机与双螺杆压缩机相结合的方式。机组具体参数见表1。

表1 丙烷气双螺杆压缩机参数

因不同的故障在不同的方向有不同的反应，一般选择三个方向[10]：H（水平）、V（垂直）、A（轴向）。根据机组的特点结合其他实际情况，对该机组布置的振温一体式传感器分别为：电机非驱动端H、电机驱动端H、主动杆驱动端H、从动杆驱动端H、主动杆非驱动端H、从动杆非驱动端H，见图1。

图1 丙烷气双螺杆压缩机的振温一体传感器测点布置

根据设备情况，选用的是西安因联的压电式加速度传感器，采用胶粘底座的方式安装在设备壳体上，参数见表2。

表2 西安因联振温一体式传感器参数

3 振动数据分析

在线监测系统于2020年7月24日上线后，即对该设备开始了检监测工作，8月6日监测到压缩机主动杆驱动端振动加速度值突然上升，手机端接收到报警信息，调取压缩机该测点的振动频谱并进行分析，如图2、图3 所示。

图2 压缩机端加速度趋势图

图3 压缩机端加速度包络趋势图

由图4、图5 可知，压缩机主动杆端加速度值较高， 时域波形中存在较为明显的冲击信号，频谱中存在较高的螺杆啮合频率及其谐频，并伴随较大的地脚能量。图6 中能看到很明显的螺杆啮合频率且地脚能量很高。

图4 压缩机端主动杆加速度时域波形图

图5 压缩机端主动杆加速度频谱图

图6 压缩机端主动杆加速度包络频谱图

结合加速度和加速度包络谱的分析，压缩机端存在碰磨故障。 当诊断出这一设备故障时，及时通知现场人员，检查现场设备情况，查看是否存在异常情况，经过现场人员的反馈，压缩机驱动端能听到明显的异常碰撞声音， 及时停机，8月20日设备拆机进行检修发现， 压缩机主动杆驱动端有明显的磨损迹象，见图7。

图7 压缩机阴阳螺杆拆解图

4 结论

随着在线监测系统的及时上线，发现了设备异常的振动变化， 手机端能第一时间作出预警，通过频谱分析和振幅历史大小判断，可发现设备的故障并诊断出具体的故障形式，预防设备状态劣化，根据设备状态及现场生产需求，保障设备健康安全运行，为企业生产保驾护航。