周振堂

（白城师范学院，吉林白城137000）

一种基于相位的往复压缩机实时状态监测产品

周振堂

（白城师范学院，吉林白城137000）

介绍一种基于相位的往复压缩机实时状态监测产品，研究了基于相位的数据分析技术的特点和优势。[关键词]：往复压缩机；实时状态监测；RecipCOM；键相位

1 引言

近20年来，随着计算机技术及数字信号处理技术的迅速发展，机械设备监测与故障诊断技术被广泛应用于电力、石油化工、冶金等行业中，并且已经成为设备现代化管理和提供企业综合效益的技术基础。机械设备监测与故障诊断技术是一门综合性技术，涉及传感及测试技术、电子学、信号处理、识别理论、计算机技术以及人工智能专家系统等多门基础学科，是对这些基础理论的综合应用。在实际应用中所涉及的监测与诊断问题具有很大的复杂性，解决问题的关键之一是如何利用在线监测系统对设备进行实时监测，同时对监测获得的非平稳的机械动态信号进行有效的分析。石油化工工业是国民经济的支柱产业，既是能源工业，又是重要的原材料工业。我国的石化工业经过几十年的发展，已经具有了较大的规模，跻身于世界石化大国之列。

在石化企业的各类工艺装置中，往复压缩机是使用最广泛的一类机器，综合全国500万t/a年以上处理能力的石化企业来看，平均要有100台以上的各类往复压缩机，其中许多压缩机处于生产的关键环节。因此，保证往复压缩机的良好运行是企业设备状态监测工作的重要任务，其工作性能的优劣直接影响着企业的生产任务和经济效益。

往复压缩机的结构复杂，运动部件多，导致振动的激励源多，并且经常处于高压、易燃易爆、有腐蚀性的工作环境下，发生的故障类型也多种多样，相比于旋转机械，往复压缩机的状态监测与故障诊断难度更大。

目前大多石化企业对于往复压缩机的状态监测还采用人工巡检的方法，往复压缩机的维护与修理仍处于故障维修加定期停检的阶段，这样很难充分掌握机组的运行状态，做到有效的故障预警与诊断，使得生产任务和维修计划的安排非常被动，不仅影响了企业的正常工作，也降低了压缩机利用率，甚至会缩短其使用寿命，给企业的安全生产带来隐患。

当前国内外较典型的状态监测方式主要有3种：

（1）离线定期监测方式：定期到现场用传感器一次对各测点进行测试，并记录信号。数据处理在专用计算机上完成，或是直接在便携式专用仪器上完成。这种方式的测试系统较为简单，但是测试工作较繁琐，需要专门的测试人员，且由于是定期监测，不能及时发现突发性故障；

（2）在线检测离线分析的监测方式：亦称主从机监测方式，在设备的多个测点均安装传感器，由现场从机系统进行各测点的数据采集和处理，在主机系统上由专业人员进行分析和判断。相对第一种方式，该方式免去了更换测点的麻烦，并能在线进行监测和报警；但是该方式需要离线进行数据分析和判断，不仅需要专业技术人员的参与，分析结果也仍存在一定的滞后性；

（3）自动在线监测方式：该方式不仅能实现自动在线监测设备的工作状态，及时进行故障预报，而且能实现在线的数据分析和诊断。

本文所讨论的正是上述第3种方式，对奥地利贺尔碧格公司的往复压缩机实时状态监测系统RecipCOM进行了介绍和功能分析。

2 RecipCOM往复压缩机状态监测系统

2.1 产品介绍

研究表明，有80%的非正常停机是由于气阀、环和填料以及活塞和活塞杆的故障造成的。然而这些故障中有80%是可以通过监测及早发现，从而避免非正常停机。

为了更好的监测压缩机运行状态，贺尔碧格将自己在压缩机领域积累的百年经验和尖端的电子科技相结合，开发了RecipCOM压缩机在线状态监测系统。该系统可以实时监测压缩机的重要部件的各项参数 (如气缸压力、活塞杆位移、曲轴箱振动、气缸/十字头振动等)，并将获取的数据进行处理分析，得到实际p-V图、理论上的p-V图、气缸的进气/排气压力、压缩机气缸的容积效率、活塞杆的负荷曲线、压缩机的性能等数据图表，用于分析和判断：

（1）支承环的磨损

（2）活塞杆垂直位移

（3）活塞杆损坏

（4）活塞环损坏

（5）同轴度问题

（6）十字头与活塞联接松动

（7）十字头与滑道之间的间隙

（8）十字头部件的故障

（9）十字头销损坏

（10）气阀或压阀罩松动

（11）气体内含液量是否过多

（12）气阀工作状况

（13）活塞环工作状况

（14）填料工作状况

图1 HydroCOM系统主要模块

图2 通过数据采集可分析的故障类型

（15）控制系统，如卸荷器的工作状况

（16）连杆负荷以及连杆负荷的变化

（17）进气滤网堵塞

（18）性能与效率

有了这些信息之后，维护部门就可以根据压缩机的实际运行情况，预先和生产部门协调制订停机维修计划，这就是目前最经济实用的设备维修方式——视情维修。

RecipCOM系统还可以通过局域网和因特网实现远程诊断，让远在数千公里之外的贺尔碧格公司的压缩机专家帮您分析、解决故障。

2.2 具体实现

RecipCOM系统的主要模块如图1所示：

RecipCOM的软件架构如图3，以实时监测为核心，可扩展到压缩机的保护、故障的诊断以及提供高级服务，包括专家技术远程支持，压缩机性能优化等。

2.3 基于相位的监测分析

图3 RecipCOM的软件架构

图4 RecipCOM基于相位的振动监测

相位又叫键相位，是通过在被测轴上设置一个触发点做为键相标记，当这个触发物转到探头位置时，相当于探头与被测面间距突变，传感器会产生一个脉冲。轴每转一周，就会产生一个脉冲信号，产生的时刻表明了轴在每转周期的位置。因此通过对脉冲计数，可以测量轴的转速，通过将脉冲与采集到的信号比较，可以确定信号数据的相位角。

图5 基于相位的监测方式与传统方式对比

基于相位，可将振动信号显示为每转周期内的实测值，如图4所示：

这样做的好处在于，可以根据正常运行时的实时振动数值来产生被称为“包络线”的报警值，而不是根据平均值或是峰值来确定报警值，当发生异常状况时，这样的设定方式反应更加灵敏，更便于分析故障产生的确切原因。图5的实际案例表明了这种做法的优势。

3 结论

通过分析RecipCOM基于相位的十字头振动监测功能，揭示了相位分析方式对于故障分析及及时预警的意义。基于相位的往复压缩机状态监测方式将是设备监测的发展大方向，由于本文篇幅的限制，这里只分析了基于相位的十字头振动监测功能，而在实际应用中，基于相位的活塞杆位置监测和气缸内压力监测被应用于压缩机的安全防护和效率分析。

A Type of Reciprocating Compressor Real-time Status Monitoring Based on Phase

ZHOU Zhen-tang
（Baicheng Normal University，Jilin 137000，China）

This paper introduced a type of reciprocating compressor real-time status monitoring based on phase and studied the features and advantages of data analysis technique based on phase.

reciprocating compressor；real-time status monitoring；RecipCOM；key phase

TH457

B

1006-2971（2014）01-0039-04

周振堂（1961-），男，教授，主要从事机电一体化设备的控制研究工作。

2013-08-26