石油和化工设备 一１１２ ２０１ ７年第２０卷 海洋平台往复式压缩机在线监测与故障诊断 系统的应用研究 刘志芳，邓燕，高树凤，赵华 （海洋石油工程股份有限公司，天津３００４５２） ［摘要］往复式压缩机在流程工业生产中具有重要地位。本文在研究在线监测诊断方法的基础上，针对海洋平台往复式压 缩机的特点，研发出一套适合海洋平台往复式压缩机在线监测诊断系统，以实现对故障早期预警，确保往复式压缩机平稳 可靠地运行。 ［关键词］海洋平台；往复压缩机；在线监测；故障诊断 往复式压缩机是海洋油气开发装备中的关键 设备，常用于天然气／伴生气集输、天然气发电 机组等方面，其运行状况直接影响到整个生产系 统的运转。因其工作压力高、压缩介质危险、零 部件故障多，一旦设备发生故障，将引发严重后 果，甚至导致人身伤害。因此，确保压缩机安全 运行为重中之重。 ｌ研究背景及其意义 目前国内海上油气平台使用往复式天然气压 缩机组的状态监测手段仍停留在简单仪表和人员 现场观察的水平上，普遍缺乏对监测信号的处理 与分析，缺少故障诊断及预警功能，只能在故障 出现后再进行人工分析判断；同时由于缺乏第一 手的往复式天然气压缩机运行参数，一旦往复式 天然气压缩机出现了问题，无法快速进行故障分 析和诊断，一般只能停机检修，不利于海上油气 平台往复式天然气压缩机组的平稳运行，且大大 增加了机组故障维修的成本。 通过对海上平台往复压缩机在线监测与故障 诊断系统的研究，能够及时了解压缩机的运行状 态，显著提高现场故障早期预警自动化、智能化 水平，实现往复压缩机典型故障的早期预警，最 大限度避免重大事故的发生，指导现场检维修， 促进往复压缩机故障预知维修技术的发展，保证 往复式压缩机平稳、可靠地运行。 ２往复压缩机在线监测系统设计 ２．１测点布置 该研究是基于海洋石油某低压往复压缩机项 目开展的，压缩机类型为二列二级全平衡型，压 缩介质天然气，一级进气压力为１．７ＭＰａ，排气压 力为４．４５ＭＰａ，二级进气压力为４．４ＭＰａ，排气压力 为９．１５ＭＰａ。 低压往复压缩机ＣＥＰ—Ｃ一２８ｌ２在线监测系统传 感器测点布置如图ｌ所示。 图１传感器测点布置示意图 ２．２系统架构 海上平台往复压缩机在线监测系统架构如图 ２所示，安装在现场的设备有各类传感器、前置信 号放大器、现场防爆接线箱、安全栅、数据采集 器、数据服务器放置在中控室机柜内。 现场传感器安装在往复压缩机上，传感器采 集的模拟信号进入前置信号放大器，因现场为危 作者简介：刘志芳（１９７６一），女，山东诸城人，北京化工大学 毕业，硕士，工程师。在海洋石油工程股份有限公司从事设备故障 诊断方面的科研工作。 第５期 刘志芳等海洋平台往复式压缩机在线监测与故障诊断系统的应用研究 一１１３一 险区，前置信号放大器放置在防 爆箱内，再通过本安电缆将现场 信号传输至安置在安全区域的安 全栅内，实现现场危险区与安全 区的信号传输。从安全栅出来的 信号进入数据采集器，实现信号 的采集处理，将处理好的数字信 号通过局域网传输给数据服务 器，通过数据服务器联网，通过 以太网将数据送往陆上监测中心 实现对机组的在线监测和故障诊 断分析。 ２．３硬件系统 海上平台往复式压缩机在 线监测硬件系统主要由各种传感 器、数据采集系统、数据服务器 及其他配套设备组成。 传感器测量点配置如表１。 表１传感器测量点配置表 监测部件 测点定义 传感器类型 测点数量 图２海上平台往复压缩机在线监测系统架构 主轴承 机身 排气管路 排气管路 填料 填料 管道 轴承ＲＴＤ 机身振动 一级气缸出口 二级气缸出口 一级填料ＲＴＤ 二级填料ＲＴＤ 进排气管路压力 温度 振动速度 温度 温度 温度 温度 压力 ２ ｌ １ １ １ １ ４ 时域、频域、角域关键特征参数提取工作，包括 速度信号有效值、加速度信号峰值、位移信号峰 值、以及各种信号翘度、歪度、频率特征值等。 数据服务器通过与数据采集系统通讯，获 取往复压缩机不同测量点信号，进行数据存储、 调用、分配管理，完成各类报警数据的处理、分 类、储存，同时与陆上监测中心的客户端软件进 行数据通讯。数据服务器的最大储存量为ｌ０年。 ２．４网络化客户端软件 海洋平台往复压缩机在线监测系统客户端软 件主界面如图３所示。客户端软件包括往复压缩机 联轴器 曲轴箱 中体 接简 气阀 气缸 键相 曲轴箱振动 十字头冲击 活塞杆沉降 气阀温度 气缸动态压力 接近式开关 加速度 加速度 位移 温度 压力 １ ２ ２ ２ ８ ４ 数据采集系统是现场信号与服务器间的桥 梁，它不但具有数据采集功能，还有数据传输功 能，可完成现场传感器信号滤波、放大、转换处 理，完成各通道数据整周期同步采集，同时进行 专业的图谱分析模块，如概貌图、趋势图、振动 分析、活塞杆位移分析、示功图、压力相位图、 多参数分析等功能。通过客户端在线监测及故障 诊断系统软件可实现以下功能： （１）压缩机气阀故障、十字头故障、活塞杆反 向、活塞螺母松动、活塞密封环和支撑环磨损分 析、主轴瓦磨损； １１４一■故障诊断 （２）压缩机性能和效率分析、余隙、异常冲 击： ２０１石油和化工设备 ７年第２０卷 ＣＥＰ－Ｃ－２８１２气Ｉ圜激曲线 （３）故障监测诊断报告、报表自动生成； （４）具备自动守护功能和软硬件白检功能。 图４吸气阀、排气阀正常时的温度曲线 ＣＥＰ—Ｃ一２８１２气阀温度曲线 图３海洋平台往复压缩机在线监测系统主界面 ３往复压缩机在线监测系统应用 ２０１６年８月，低压往复压缩机ＣＥＰ．Ｃ．２８１２的排 气量明显下降，由２．７３ｍ ／ｍｉｎ下降至１．９ｍ ／ｍｉｎ。图 ４为吸气阀、排气阀正常时的温度曲线，吸气阀正 常时，外吸温度约为３０℃，排气阀正常时，外排 温度约为８Ｏ℃。 图５吸气阀、排气阀异常时的温度曲线 吸气阀弹簧失效导致漏气。 ４结论 随着海洋石油开发的不断发展，海洋平台上 通过在线监测系统看出，吸气阀的温度从 ２Ｏ１６年８月ｌ０日出现了明显上升，排气阀温度也有 所缓慢增长。吸气、排气异常温度曲线如图５所 。 设计人员根据在线监测软件的气缸温度曲 线，初步分析是吸气阀故障漏气导致，当气缸内 气体被压缩时，气缸内气体温度升高，如果吸气 阀关闭不严，气缸内气体会泄漏到吸气管道，导 致外吸温度升高。同时吸气管道的高温气体未经 过冷却又吸入气缸，继续被压缩，也会使排气管 道温度升高，但在反应时间上略微滞后外吸管 道，因此通过图５可看出外排气温度会缓慢地升 高，但时间滞后外吸气温度异常时间。因吸气阀 泄漏，所以压缩机的排气量也会有所下降。 设计人员得出吸气阀漏气故障的结论后，在 检修期间对压缩机吸气阀进行了检查，也确认是 压缩机的使用总量也在不断增加，研究开发的往 复压缩机在线监测与故障诊断系统必将为企业的 安全生产提供有力保障。 ◆参考文献 ［１］齐伟敏．往复式压缩机热力故障判断方法［Ｊ］．机电设备， ２００２，（５）：３２－３４． ［２】杨叔子，史铁林，丁洪．机械设备的诊断方法与分类［Ｊ］．华 东理工大学学报，１９９３，２１（１）：１－５． ［３］刘瑞岩．机械状态监测与故障诊断［Ｍ】．北京：国防科技大 学出版社，１９９３． 【４］张瑞林．设备状态监测与故障诊断【Ｍ】．郑州：河南科技出 版社，１９９３． 『５１盛兆顺，尹琦岭主编．设备状态监测与故障诊断技术及应 用『Ｍ］一ｔ京：化学 ：业出版社，２００３． 收稿日期：２０１７－０Ｉ．２３；修回日垮】：２０１７－０３ ３０
