整體式天然氣壓縮機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)改造實(shí)例

吳 勇

(中國石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力有限公司成都分公司，四川 成都 610100)

1 引言

傳統(tǒng)的整體式天然氣壓縮機(jī)組，一般由動(dòng)力部分、機(jī)身部分、壓縮部分，共計(jì)三部分組成。其中動(dòng)力部分包括動(dòng)力活塞組件、動(dòng)力缸組件；機(jī)身部分包括動(dòng)力十字頭組件、動(dòng)力連桿組件、機(jī)身組件、壓縮連桿組件、壓縮十字頭組件；壓縮部分包括中體組件、壓縮缸組件、壓縮活塞組件。動(dòng)力部分和壓縮部分共用一根布置于機(jī)身中的曲軸，動(dòng)力缸依靠燃?xì)鈮毫ο到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)動(dòng)力活塞在氣缸內(nèi)的往復(fù)式運(yùn)動(dòng)，通過曲軸，從而帶動(dòng)壓縮活塞，實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮、排氣、膨脹等做功過程。

某增壓處理站一臺ZTY470壓縮機(jī)組，機(jī)組采用兩級壓縮，一級壓縮缸為一件10″壓縮缸，雙作用；二級壓縮缸為一件7″壓縮缸，雙作用，該機(jī)組由成都壓縮機(jī)公司組裝配套，用于天然氣增壓處理。機(jī)組主要設(shè)計(jì)參數(shù)如下：

機(jī)組型號：ZTY470MH10x7

額定功率：470 kW

額定轉(zhuǎn)速：440 r/min

標(biāo)準(zhǔn)排量：10～30×104Nm3/d

工作介質(zhì)：含硫天然氣吸氣壓力：0.6～3.5 MPa

排氣壓力：4.0～5.5 MPa

該壓縮機(jī)組運(yùn)行時(shí)間已超過10年，機(jī)組老化嚴(yán)重。為及早發(fā)現(xiàn)該機(jī)組已存在或即將萌發(fā)的設(shè)備故障，減少故障發(fā)生幾率，確保該機(jī)組安全、可靠的穩(wěn)定運(yùn)行，避免給用戶帶來巨大的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)使之具備集數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)傳輸、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、在線振動(dòng)參數(shù)、活塞桿沉降、示功圖監(jiān)測、故障分析診斷等功能，現(xiàn)決定在該機(jī)組上增設(shè)在線監(jiān)測系統(tǒng)。

2 在線監(jiān)測系統(tǒng)概述

本次在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用全新的設(shè)計(jì)理念，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性，并可在局域網(wǎng)和互聯(lián)網(wǎng)上方便進(jìn)行查詢和分析。通過建立完整、統(tǒng)一的動(dòng)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷系統(tǒng)，給用戶設(shè)備管理帶來全新的設(shè)備管理模式，提供基于多種專業(yè)化分析圖譜和監(jiān)測診斷報(bào)警手段，并可以為今后拓展廣域網(wǎng)監(jiān)測、遠(yuǎn)程專家診斷服務(wù)、遠(yuǎn)程維護(hù)和遠(yuǎn)程升級服務(wù)等打下技術(shù)基礎(chǔ)，實(shí)現(xiàn)機(jī)組遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測診斷聯(lián)網(wǎng)，滿足全方位信息管理系統(tǒng)的要求。

在線監(jiān)測系統(tǒng)能滿足對機(jī)組的振動(dòng)參數(shù)就地實(shí)時(shí)采集、能夠完成兩級數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(現(xiàn)場場站數(shù)據(jù)庫、成都壓縮機(jī)公司遠(yuǎn)程監(jiān)測中心云平臺)，即便是企業(yè)局域網(wǎng)崩潰的條件下，也能確保不丟失機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的原始數(shù)據(jù)，保證場站數(shù)據(jù)庫服務(wù)器存儲(chǔ)能力，實(shí)時(shí)連續(xù)、密集采集的數(shù)據(jù)長度為8 h。

場站服務(wù)器同時(shí)具備對機(jī)組現(xiàn)場所有振動(dòng)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)就地分析診斷功能，不依賴局域網(wǎng)自成體系，可獨(dú)立對場站內(nèi)的機(jī)組、泵組進(jìn)行實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)采集、歷史的振動(dòng)數(shù)據(jù)的故障分析。提供基于MDBase數(shù)據(jù)庫的監(jiān)測技術(shù)和各種專業(yè)化前沿分析功能。

2.1 系統(tǒng)架構(gòu)

整體式天然氣壓縮機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)鋱D如圖1所示，安裝在撬上的設(shè)備有防爆箱、接線箱、數(shù)據(jù)采集箱、各類傳感器，場站在線服務(wù)器則安裝在值班室的機(jī)柜內(nèi)。

圖1 ZTY470在線監(jiān)測系統(tǒng)拓?fù)鋱D

在拓?fù)鋱D中共有機(jī)組現(xiàn)場、場站層、企業(yè)層3個(gè)層面。

2.1.1 在線式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)

機(jī)組現(xiàn)場中的①為在線式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其功能是對所監(jiān)測的往復(fù)機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線的數(shù)據(jù)采集，采集后數(shù)據(jù)的分類處理、實(shí)時(shí)監(jiān)測報(bào)警，同時(shí)完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓ぷ?。在線式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)具備連續(xù)采集振動(dòng)波形的采集能力，對加速度傳感器的采集具備在1～2 s內(nèi)同時(shí)給出加速度、速度多種振動(dòng)波形數(shù)據(jù)。

2.1.2 狀態(tài)監(jiān)測及故障分析診斷工作站

場站層中的②為場站分布式狀態(tài)監(jiān)測及故障分析診斷工作站，主要功能有：

(1)存儲(chǔ)裝置內(nèi)多套數(shù)據(jù)采集器采集的原始數(shù)據(jù)，對采集的原始數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)管理，自動(dòng)形成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫、歷史數(shù)據(jù)庫以及瞬態(tài)數(shù)據(jù)庫，并可存儲(chǔ)7年以上的歷史數(shù)據(jù)，是監(jiān)測系統(tǒng)一級數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

(2)不受企業(yè)局域網(wǎng)是否正常的影響，在場站現(xiàn)場可對所監(jiān)測狀態(tài)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)及歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測及故障的分析診斷。

(3)參見圖1中③，是與PLC/DCS通訊部分，基于MODBUS TCP/IP協(xié)議將從現(xiàn)場PLC/DCS獲取機(jī)組工藝信號。

2.1.3 服務(wù)器

企業(yè)層中的④為服務(wù)器。(成壓)服務(wù)器，用來接受數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)傳送的全部機(jī)組振動(dòng)原始數(shù)據(jù)，通過MDBase實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫對改造的壓縮機(jī)組的運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)存儲(chǔ)、管理。企業(yè)專業(yè)技術(shù)人員可在局域網(wǎng)絡(luò)的任意終端上使用客戶端使用分布式遠(yuǎn)程狀態(tài)監(jiān)測及故障分析診斷系統(tǒng)，對分布在不同場站的機(jī)組進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障分析及診斷。

同時(shí)，服務(wù)器可將數(shù)據(jù)與服務(wù)器工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺實(shí)現(xiàn)無縫連接，或提供接口，將所監(jiān)測數(shù)據(jù)按要求傳輸至工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)平臺。

2.2 測點(diǎn)配置

整體式天然氣壓縮機(jī)ZTY470壓縮機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)傳感器測點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 ZTY470傳感器測點(diǎn)布置示意圖

2.3 傳感器配置

整體式天然氣壓縮機(jī)在線監(jiān)測系統(tǒng)的傳感器主要包括鍵相傳感器、動(dòng)態(tài)壓力傳感器、振動(dòng)傳感器、沉降傳感器四大類，具體測點(diǎn)位置和數(shù)量見表1。

表1 ZTY470傳感器測點(diǎn)配置表

3 現(xiàn)場改造流程

現(xiàn)場勘查場站布局如圖3所示，我們可以看出，4#、5# 2臺壓縮機(jī)組均在一個(gè)廠房之內(nèi)，待改造的4#機(jī)組除去撬內(nèi)傳感器安裝的工作量外，還需將接線箱和電源箱的供電電纜和數(shù)據(jù)網(wǎng)線接入值班室機(jī)柜間，中途必須經(jīng)過站內(nèi)鉆地埋線、站外明溝、場站公路、暗溝、鋪磚地面等環(huán)節(jié)。

3.1 接線箱、防爆箱、電源箱定位

為節(jié)約占地空間和避免后期操作影響，經(jīng)現(xiàn)場比較，選定二級分離器附近的主撬為支架固定位置。經(jīng)場站外制作箱體支架、配鉆箱體安裝孔后，在現(xiàn)場焊接支架地腳，使其固定在機(jī)組大底座型鋼上面，分別固定與之匹配的接線箱、防爆電源箱、數(shù)據(jù)采集箱。

3.2 安裝振動(dòng)傳感器

針對動(dòng)力缸頭(3處)、動(dòng)力十字頭(3處)、機(jī)身(3處)、壓縮十字頭(2處)，共計(jì)11處位置，分別進(jìn)行振動(dòng)傳感器安裝位置打磨、振動(dòng)傳感器底座粘接、振動(dòng)傳感器安裝等工作。

3.3 安裝動(dòng)態(tài)壓力傳感器

針對動(dòng)力缸示功孔(3處)、10”壓縮缸示功孔(2處)、 7”壓縮缸示功孔(2處)，共計(jì)7處位置，因老舊機(jī)組的動(dòng)態(tài)壓力接口接口不統(tǒng)一，需分別配做動(dòng)力缸頭、壓縮缸轉(zhuǎn)換接頭后，再安裝動(dòng)態(tài)壓力傳感器。

3.4 安裝鍵相、沉降傳感器

針對鍵相傳感器(1處)，在觸發(fā)線圈支架上配做鍵相傳感器支架后，再安裝鍵相傳感器專用護(hù)套；針對壓縮活塞桿沉降(2處)，配做沉降支架，并改造中體放空管線，為沉降傳感器引出線預(yù)留出口，盡量做到無損安裝。

3.5 撬內(nèi)配管穿線

將各個(gè)傳感器均配管至接線箱支架處；

傳感器至穿線盒為金屬軟管，穿線鍍鋅管至接線箱為金屬編織撓性管；箱體內(nèi)監(jiān)測點(diǎn)位接線、送電測試。

3.6 撬外配管穿線

該部分工作包括機(jī)房內(nèi)鉆地線穿管、明溝鍍鋅管布管、穿線，管卡固定，場站道路穿管，暗溝PVC管布管穿線，管卡固定等工作。

3.7 站內(nèi)調(diào)試與網(wǎng)絡(luò)測試

該部分工作包括撬上接線箱處打點(diǎn)測試、封蓋補(bǔ)漆、機(jī)柜間服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)測試、點(diǎn)位測試、服務(wù)器就位安裝、PLC數(shù)據(jù)、振動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸測試等工作。至此，在線監(jiān)測系統(tǒng)安裝調(diào)試內(nèi)容全部結(jié)束。

4 客戶端界面與功能

整體式天然氣壓縮機(jī)組在線監(jiān)測系統(tǒng)，客戶端軟件包括了往復(fù)壓縮機(jī)專業(yè)的圖譜分析功能，如機(jī)組概貌圖、振動(dòng)加速度、速度分析、示功圖、多選模式對比圖等功能。通過客戶端在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)，軟件可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1)平穩(wěn)振動(dòng)故障分析

平穩(wěn)振動(dòng)的分析方法配置有：時(shí)域波形、FFT、鍵相+時(shí)域波形、瀑布圖(圖4)、頻率特征曲線。

圖4 瀑布圖

(2)非平穩(wěn)振故障分析

對非平穩(wěn)振動(dòng)的分析軟件的配置有小波分析(圖5)、短時(shí)傅里葉。

圖5 小波分析

(3)角度域故障分析

360°角度域內(nèi)的波形顯示(振動(dòng)、活塞桿沉降、動(dòng)態(tài)壓力)、360°角度域內(nèi)(振動(dòng))的二維包絡(luò)分析、鍵相+時(shí)域波形、360°角度域內(nèi)(振動(dòng))的三維包絡(luò)分析(圖6)、真實(shí)動(dòng)態(tài)壓力實(shí)時(shí)變化曲線、示功圖、單缸所有測點(diǎn)的FFT顯示、綜合顯示、單缸所有測點(diǎn)的時(shí)域波形顯示等。

圖6 360°角度域內(nèi)的三維包絡(luò)分析

(4)單缸故障分析功能

在360°角度域內(nèi)所有測點(diǎn)的時(shí)域波形、所有測點(diǎn)的FFT、可配參數(shù)的綜合顯示分析、真實(shí)動(dòng)態(tài)壓力實(shí)時(shí)變化曲線、示功圖(圖7)等。

圖7 示功圖

綜上所述，通過對壓縮機(jī)的振動(dòng)參數(shù)實(shí)時(shí)就地采集、完成了數(shù)據(jù)的兩級存儲(chǔ)，在線監(jiān)測系統(tǒng)將整體式壓縮機(jī)的監(jiān)測數(shù)據(jù)統(tǒng)一接入企業(yè)監(jiān)測中心數(shù)據(jù)庫，形成整個(gè)公司級對關(guān)鍵機(jī)組的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)測管理平臺。通過提供基于監(jiān)測專業(yè)數(shù)據(jù)庫技術(shù)，可對用戶現(xiàn)場的所有關(guān)鍵機(jī)組振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測、自動(dòng)存儲(chǔ)和管理，必將給用戶帶來全新的狀態(tài)監(jiān)測設(shè)計(jì)模式。

目前，ZTY470MH10x7在線監(jiān)測系統(tǒng)已經(jīng)正式投入生產(chǎn)運(yùn)行，各項(xiàng)功能運(yùn)轉(zhuǎn)正常。

5 結(jié)語

隨著天然氣增壓、集輸?shù)牟粩喟l(fā)展，以及頁巖氣行業(yè)的迅速興起，新機(jī)組安裝、舊機(jī)組改造在線監(jiān)測系統(tǒng)的的數(shù)量也在不斷增長，而往復(fù)壓縮機(jī)在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)也將充分保障壓縮機(jī)組安、穩(wěn)、長、滿、優(yōu)的運(yùn)行。