远程监测系统在燃驱往复式压缩机上的应用

吴 勇，潘 航，王瑞平

(1.中国石油集团济柴动力有限公司成都分公司，四川 成都 610100；2.中国石油辽河油田盘锦储气库有限公司，辽宁 盘锦 124200)

1 引言

我们熟悉的燃驱往复式压缩机组，一般由驱动部分、传动部分、压缩部分、冷却部分，共计四部分组成。其中驱动部分为燃气驱动的发动机；传动部分一般为膜片式联轴器；压缩部分包括机身组件、压缩连杆组件、压缩十字头组件、中体组件、压缩缸组件、压缩活塞组件等。

如图1所示，发动机通过联轴器，驱动压缩机曲轴旋转，从而带动压缩活塞，实现吸气、压缩、排气、膨胀等做功过程。空冷器通过发动机尾端的取力轴，带动风扇轴旋转，以此来达到冷却高温压缩气体的目的。

图1 燃驱往复式压缩机布置示意图

某油气处理厂一台RTY1250压缩机组，机组采用一级压缩，压缩缸为4件180 mm压缩缸，双作用。该机组由成都压缩机公司组装配套，用于天然气增压处理。机组主要设计参数如下：

机组型号：RTY1250M180x180x180x180

额定功率：1253 kW

额定转速：1200 r/min

标准排量：29～112×104N·m3/d

工作介质：含硫天然气

吸气压力：2.0～4.0 MPa

排气压力：4.8～6.3 MPa

该压缩机组运行时间已接近10年，机组老化严重，且故障频发。为了从传统的事后维修、计划性维修，转变为预知性维修，现决定在该机组上增设远程监测系统。通过安装振动、键相、瞬时转速、动态压力等传感器，监测机组发动机缸体振动、十字头振动、压缩缸动态压力、压缩机活塞杆位移、曲轴箱振动、空冷器轴承振动、机组瞬时转速等信号，实现对机组运行状态的全面监测与分析，完成典型故障的预警与诊断，提高现场设备管理水平。

图2 RTY1250远程监测系统拓扑图

2 远程监测系统概述

2.1 系统组成

燃驱往复式压缩机组的远程监测系统主要包括硬件和软件两大部分。

2.1.1 硬件部分

硬件部分包括传感器、防爆箱、数据采集器、现场数据应用管理器、工业电源和路由器等。其中的现场数据应用管理器需要安装用户要求的安全软件、日志管理软件等。

2.1.2 软件部分

软件部分包括两大部分，即安装在数据采集器中的数据采集软件和安装在数据应用管理器中的网络化客户端软件。

网络化客户端软件采用插件化设计，主要负责进行数据调取分析诊断，内含各类软件模块，主要包括：数据处理通讯模块、专业图谱分析模块、中间件数据管理模块、报警管理模块、诊断报告及统计报表模块。

其中的数据通讯模块，可以实现机组运行参数通过数据铜须的方式接入远程监测系统，运行参数与振动参数结合，使机组的分析诊断过程更加全面，有助于提高分析诊断的准确性。

2.2 系统架构

燃驱往复式压缩机远程监测系统拓扑图如图2所示，安装在撬上的设备有防爆箱、接线箱、数据采集箱、各类传感器，场站在线服务器则安装在值班室的机柜内。

在拓扑图中共有现场区域、气站控制区域、生产网后续区域3个层面。

2.2.1 现场区域

完成各种新增传感器及已有传感器信号的数据采集，并且把采集到的数据通过光纤传到气站控制区域的数据管理器。

2.2.2 气站控制区域

把采集到的数据进行处理、存储，并通过公司内网将数据传至分公司中转服务器。

2.2.3 生产网后续区域

对各分站数据进行统一存储、管理、分析。

2.3 测点配置

燃驱往复式压缩机RTY1250压缩机组远程监测系统传感器测点布置如图3所示。

图3 RTY1250传感器测点布置示意图

2.4 传感器说明

燃驱往复式压缩机远程监测系统的传感器主要包括键相传感器、动态压力传感器、振动传感器、沉降传感器四大类，具体测点位置和数量见表1。

表1 RTY1250传感器测点配置表

3 现场改造流程

现场勘查场站布局如图4所示，我们可以看出，1#、2#两台压缩机组均在一个厂房之内，待改造的2#机组除去撬内传感器安装的工作量外，还需将接线箱和电源箱的供电电缆和数据网线接入值班室机柜间，中途必须经过站内挖沟埋线、站外挖沟(红线标识)、布管、穿线等环节。

图4 场站布局和挖沟埋线示意图

3.1 接线箱、防爆箱、电源箱定位

为节约占地空间和避免后期操作影响，经现场比较，选定仪表柜对面靠墙位置为支架固定位置。经场站外制作箱体支架、配钻箱体安装孔后，在现场安装支架地脚螺栓，使其固定在环氧树脂地面上，分别固定与之匹配的防爆电源箱、数采接线箱(见图5)。

图5 RTY1250运行状态总貌图

3.2 安装振动传感器

针对发动机机身、传动箱、缸盖(18处)、压缩机中体(4处) 、曲轴箱(2处)、空冷器风扇轴承(3处) ，共计27处位置，分别进行安装位置表面处理、传感器安装底座制作并粘接、传感器安装、延长线缆接线、配管。

3.3 安装动态压力传感器

针对180 mm压缩缸示功孔(8处)，共计8处位置，分别氮气置换、示功孔取出、示功阀制作并安装、传感器安装并固定、延长线缆接线、配管。

3.4 安装键相、瞬时转速、活塞杆沉降传感器

针对发动机键相传感器(1处)、瞬时转速(1处)、压缩机键相传感器(1处)，活塞杆沉降(4处)，共计7处位置，安装位置表面处理、传感器安装支架制作并焊接、传感器安装、延长线缆接线、配管。

3.5 撬内配管穿线

将各个传感器均配管至接线箱支架处；

传感器至穿线盒为金属软管，穿线镀锌管至接线箱为金属编织挠性管；箱体内监测点位接线、送电测试。

3.6 撬外配管穿线

该部分工作包括机房内挖沟穿管、机房墙壁开孔、机房外挖沟穿管、布线，管卡固定，管卡固定等工作。

3.7 站内调试与网络测试

该部分工作包括撬上接线箱处打点测试、封盖补漆、机柜间服务器网络测试、点位测试、服务器就位安装、PLC数据、振动数据传输测试等工作。

至此，远程监测系统安装调试内容全部结束。

4 客户端界面与功能

燃驱往复式压缩机组远程监测系统，运行状态总貌图(图5)展示机组整体结构、转速、开停车状态与所有测点实时值和历史趋势。其中展示机组整体结构与所有测点实时值是总貌图最重要的功能，所有测点实时值根据实际采集情况实时变化，对超过报警限值的测点，采用变色进行提醒，黄色为报警提示，红色为危险提示。通过总貌图右侧的操作页，可选择不同测点的实时、历史趋势进行分析。从总貌图功能中可直接切换进入其他分析功能。当出现报警测点时，在相应的测点位置点击右键，可看到切换其他图谱功能，根据测点的不同选择不同的分析诊断功能。通过客户端在线监测与故障诊断系统，软件可以实现以下功能：

(1)机组运行状态分析

运行状态分析功能用于对各类监测测点实时、历史趋势进行分析。通过功能右侧的操作页可对不同的测点进行组合选择。对历史或实时趋势存在异常变化的测点进一步使用振动分析、历史比较、活塞杆位移监测等功能进行进一步分析诊断(图6)。

图6 机组运行状态分析

(2)历史比较图

历史比较图监测功能用于对振动、位移测点波形进行比较分析，可分析同一个测点、不同时间的波形比较，也可用于分析不同测点，同一时间的波形比较。测点的选择、时间的选择通过右侧的操作页完成(图7)。

图7 历史比较图

(3)振动监测

振动监测功能用于对往复压缩机曲轴箱振动、十字头振动或缸体振动进行分析诊断。功能包括振动特征值趋势图，振动波形图，振动频谱图与振动分段相位特征图，趋势特征值主要包括振动峰峰值、振动峰值等。实时、历史数据与不同测点选择与其他功能页面一致，通过右侧的操作页进行选择(图8)。

图8 振动监测

(4)其它参数实时/历史监测

其他参数实时/历史监测功能主要用于对温度、压力及各类通讯参数进行实时、历史趋势分析。该类参数特点是主要依靠趋势变化进行分析诊断。各类参数选择通过右侧的操作页进行(图9)。

图9 其他参数实时/历史监测

(5)动态压力分析功能

动态压力分析功能主要用于对压缩机气缸内动态压力进行分析，主要包括特征值趋势和动态压力波形两部分。动态压力波形可选择p-V，p-t，p-θ3种方式，分别对应压力-体积，压力-时间，压力-曲轴转角。不同功能的选择和展示效果如下图所示(图10)。

图10 动态压力分析

(6)活塞杆综合活塞力监测功能

活塞杆综合活塞力监测功能是基于气缸动态压力监测和压缩机连杆、十字头、活塞杆、活塞等运动部件质量、尺寸参数的高级分析功能。该功能实现了往复压缩机往复惯性力、气体力与综合活塞力的计算，绘制曲线并与振动波形、活塞杆位移波形进行综合分析，可用于分析连杆大小头瓦故障、活塞杆故障等(图11)。

图11 活塞杆综合活塞力监测

综上所述，通过对燃驱往复式压缩机的改造，增设了振动、动态压力等传感器，获得压缩机故障判断所需的图谱，同时将传统的工艺参数采集、传输、存储，可统一展示在用户和厂家的监测诊断平台，并通过后期逐渐搭建的故障模型，结合压缩机理论知识，可对用户现场的所有关键机组的工艺、振动数据进行实时监测、故障诊断，为用户实现压缩机组的在线管理奠定坚实基础。

目前，RTY1250M180×180×180×180远程监测系统已经正式投入生产运行，各项功能运转正常。

5 结语

随着压缩机远程监测与故障诊断技术的不断发展，以及数字化转型业务的迅速兴起，燃驱往复式压缩机组、电驱往复式压缩机组增设、改造远程监测系统的的数量也在不断增加，往复压缩机的维护保养工作，也会从传统的事后维修、计划性维修，逐渐向计划性维修转变，保障压缩机组更安全、更可靠的运行。