石化離心壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

趙佳

（中海油惠州石化有限公司，廣東 惠州 516086）

石化企業(yè)中的離心壓縮機組應(yīng)用廣泛，而該設(shè)備的運行狀態(tài)與工作性能將會直接影響企業(yè)的工作質(zhì)量，對社會效益與實際收益造成影響，這就需要通過在線監(jiān)測系統(tǒng)及時挖掘出離心壓縮機組含有的隱蔽性隱患，不斷抽取并分析歷史數(shù)據(jù)，建立分析模型，降低設(shè)備機組的運行風(fēng)險，控制機組的劣化趨勢，降低非計劃停工情況的出現(xiàn)概率與維修費用。

1 石化離心壓縮機組在線監(jiān)測的意義

很多石化企業(yè)可以通過運用離心壓縮機組來降低生產(chǎn)成本，節(jié)省人力資源，提高產(chǎn)量與生產(chǎn)品質(zhì)，降低廢棄物排放，從而滿足現(xiàn)代化工業(yè)的各項生產(chǎn)需求，而在這種離心壓縮機組的運用中，由于內(nèi)部轉(zhuǎn)子高速運轉(zhuǎn)，軸位移、軸振動等容易引發(fā)較高隱蔽性的故障，還會造成一系列連鎖反應(yīng)，例如，生產(chǎn)線被迫停車、非計劃階段停工等情況，影響企業(yè)的整體發(fā)展，這就需要維護離心壓縮機組的運行穩(wěn)定性，確保其處于良好的工作狀態(tài)內(nèi)。

當(dāng)前，石化企業(yè)運用較多的是美國ELLIOTT公司生產(chǎn)的KR6534或RB288等離心壓縮機，而機組系統(tǒng)的顯示屏幕卻難以反饋出系統(tǒng)內(nèi)在的且具有瞬時性的振動波形變化，也難以顯示電流的穩(wěn)態(tài)信號，因此，難以檢測出系統(tǒng)內(nèi)蘊含的故障，為此就需要在線監(jiān)測系統(tǒng)，降低安全操作隱患，做到實時的在線監(jiān)測，讓工作人員可以及時發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)存在的問題，一旦發(fā)生問題，在線監(jiān)測系統(tǒng)可以自動記錄完整的異常情況，為事后修復(fù)與分析提供便利，還可以記錄下系統(tǒng)內(nèi)高速轉(zhuǎn)子運動過程及電流穩(wěn)態(tài)信號，為維修工作提供依據(jù)，幫助工作人員全面了解設(shè)備性能。

2 石化離心壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)的優(yōu)勢

離心壓縮機組的在線監(jiān)測系統(tǒng)是通過虛擬儀器技術(shù)，利用計算機對離心壓縮機組的運行狀態(tài)進行實時監(jiān)測，記錄機組運行的全部工況，并向工作人員直觀展現(xiàn)。這種虛擬儀器還具備虛擬面板，兼容性較高的端口可擴展儀器功能，并通過硬件資源、儀器檢測、控制軟件等進行數(shù)據(jù)分析及通訊處理，擁有較高的運行效率，將傳統(tǒng)的硬件檢測儀器向虛擬軟件的方向進行轉(zhuǎn)變，打破檢測設(shè)備與計算機之間的屏障，而企業(yè)用戶也不需要購買多臺檢測設(shè)備，僅需要在原有的設(shè)備上進行功能擴展，連接虛擬檢測軟件，增強功能，相較以往，也降低了企業(yè)的檢測成本。

而這項虛擬儀器技術(shù)還運用了美國NI公司的Labview平臺軟件，可通過變編譯型圖形化編程，兼容多種功能模塊，并將各個功能模塊進行串聯(lián)，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享與互通，允許多個數(shù)據(jù)通道同時運行，還可以將某個模塊設(shè)定為其他模塊的子程序，將一個復(fù)雜的檢測任務(wù)分解成多層次的子任務(wù)，再運用框架圖組合功能，合并處理檢測任務(wù)，簡化工作流程，提升系統(tǒng)運行效率。

與傳統(tǒng)檢測工作相比，這種運用虛擬儀器技術(shù)的在線監(jiān)測系統(tǒng)可讓使用者對系統(tǒng)進行自定義，功能性強大，擁有廣闊的使用途徑，特別是在測量、開發(fā)、檢測、計算、監(jiān)控等可與示波器、邏輯分析設(shè)備、頻譜儀等相結(jié)合，發(fā)揮更高的性能，再加上擁有簡約易于操作的圖形化界面，更是降低了操作門檻，使用者不需要經(jīng)過過于復(fù)雜的培訓(xùn)，就可以上手操作，降低了原本數(shù)據(jù)收集與處理分析的工作強度，同時，傳統(tǒng)檢測儀器較為龐大，在多數(shù)據(jù)并行測量檢測時極為復(fù)雜，線纜與待測儀器都會增加工作難度，然而，通過這種集成化的虛擬檢測系統(tǒng)，會大幅度為工作人員提供便利，降低操作成本與檢測時間，其發(fā)展前景十分廣闊。

3 石化離心壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)的設(shè)計

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

在線監(jiān)測系統(tǒng)通過虛擬儀器技術(shù)對離心壓縮機組的運行工況進行實時檢測，并可利用Labview平臺軟件進行開發(fā)，該在線監(jiān)測系統(tǒng)的前面板采用按鈕進行功能選擇，也可以搭載觸摸屏幕，而內(nèi)部的數(shù)據(jù)分析模塊則可對數(shù)字信號進行采集與分析，還包括時域分析、幅值譜分析、普平均分析、坐標(biāo)選擇、軸心軌跡記錄、周新位置分析、歷史趨勢分析等，為故障檢測提供了詳盡的依據(jù)。

離心壓縮機組內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能繁多，很多信號都具備停機保護，為此面對繁重的監(jiān)測任務(wù)，在線監(jiān)測系統(tǒng)還應(yīng)具備多任務(wù)處理能力，可通過分布式結(jié)構(gòu)結(jié)合各類子系統(tǒng)，依托智能計算機網(wǎng)絡(luò)，為離心壓縮機組構(gòu)建企業(yè)監(jiān)測網(wǎng)，并連接各個車間、施工現(xiàn)場、分廠與總公司，因此，還應(yīng)具備諸如通信功能、分析功能、整合功能、網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)、數(shù)據(jù)傳輸功能等多種功能，實現(xiàn)對設(shè)備運行狀態(tài)的實時性檢測，并精準(zhǔn)提供故障診斷信息，向各部門、各層級管理人員發(fā)送監(jiān)測數(shù)據(jù)，并保證數(shù)據(jù)信息的完整性與安全性，確保不出現(xiàn)數(shù)據(jù)丟失的情況。同時，應(yīng)通過數(shù)據(jù)庫進行連接，并將各類歷史記錄與啟停機數(shù)據(jù)相互比對，自動判斷運行狀態(tài)是否正常以及是否需要發(fā)送報警信號，而由于系統(tǒng)具備數(shù)字化處理技術(shù)，還可以及時向工作人員提供設(shè)備運行的各項參數(shù)與正常參數(shù)比對圖譜，方便企業(yè)管理人員在任意時間與地點進行設(shè)備狀態(tài)管理。

3.2 電渦流傳感器

電渦流傳感器是一項系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，擁有較高的靈敏度與適用性，頻率范圍與抗干擾能力相比傳統(tǒng)傳感器也有著較大的提升，可將機械振動情況向電信號轉(zhuǎn)化，為此在設(shè)計中，就需要合理安排電渦流傳感器的位置與安裝質(zhì)量，確保可以完整地獲取到轉(zhuǎn)子振動信息，該元件通過頭部探頭探測離心壓縮機組振動間隙變化測量轉(zhuǎn)子振動與軸位移的關(guān)系，而不需要與離心壓縮機組直接接觸，且擁有10kHz的頻率范圍，可測量高頻率的轉(zhuǎn)子振動位移或靜止位置，觀測轉(zhuǎn)子與機殼振動情況，所呈現(xiàn)波形簡潔直觀，且抗干擾能力強，為后續(xù)觀察分析提供便利。

電渦流傳感器在監(jiān)測工作中還應(yīng)注意找平與離心壓縮機組的間隙，工作人員需要在平均間隙中考慮到機殼振動間隙，否則，將會由于振動間隙不足而降低監(jiān)測值的準(zhǔn)確性，為了避免波形失真與測量誤差，普遍會在平均間隙上空余出3cm的空間，確保平均間隙的兩邊保持最大動態(tài)幅度，而不會與機殼發(fā)生誤接觸，同時，還應(yīng)注意傳感器的探頭部位應(yīng)與其他導(dǎo)體保持一定距離，避免傳感器端部線圈的磁通受到其他導(dǎo)體的干擾，從而改變傳感器探頭線圈與機殼之間的耦合狀態(tài)，同時，還應(yīng)考慮離心壓縮機組本身材質(zhì)，注意導(dǎo)電性與導(dǎo)溫性，降低測量誤差。

3.3 模擬信號調(diào)理模塊

模擬信號調(diào)理模塊也是在線監(jiān)測系統(tǒng)中的一項重要元件，該元件可提升數(shù)字測量信號的準(zhǔn)確性，并確保數(shù)字通道內(nèi)信號數(shù)據(jù)的完整，還起到保護測量系統(tǒng)的作用，避免在測量過程中受到過多的外界因素干擾而為測量結(jié)果造成影響，降低外界對系統(tǒng)元件的損害，發(fā)揮保護作用。信號調(diào)理元件還擁有較強的抗噪聲能力，通過輸出輸入端口保護、信號電源隔離、信號放大、濾波器、激勵器等為系統(tǒng)與傳感器提供精準(zhǔn)性保障。此外，在運用中，模擬信號調(diào)理模塊還會在系統(tǒng)與機殼形成空余空間，保障操作人員的安全，并降低由于共模而形成的測量誤差，特別是在充滿電氣噪聲或其他信號干擾因素的環(huán)境中，可發(fā)揮抗干擾能力，消除干擾噪聲以及來自電源、電動機等設(shè)備的干擾，提高數(shù)據(jù)采集結(jié)果的精準(zhǔn)性，還包括系統(tǒng)過壓保護等功能，確保系統(tǒng)不會受到異常電流造成的影響，從而減少系統(tǒng)的糾錯時間，提升監(jiān)測工作效率。

3.4 數(shù)據(jù)采集模塊

數(shù)據(jù)采集模塊可完成信號采集、數(shù)據(jù)處理、信息存儲與傳輸?shù)裙ぷ?，也是在線監(jiān)測系統(tǒng)的核心部位，由于美國NI公司為Labview平臺軟件提供了充分的Data Acquisition函數(shù)與邏輯編碼，為此在系統(tǒng)設(shè)計中也不需要工作人員進行過多調(diào)節(jié)，可直接投入使用。數(shù)據(jù)采集模塊在運用中還擁有較高的兼容性，可對各類型數(shù)據(jù)通道的采樣點數(shù)與采樣頻率相適應(yīng)，獲得更廣泛的數(shù)據(jù)。此外，Labview下的軟件還具備數(shù)據(jù)實時傳輸功能，可充分發(fā)揮在線監(jiān)測系統(tǒng)的效用，例如，可通過動態(tài)數(shù)據(jù)交換等技術(shù)，降低數(shù)據(jù)傳輸時間，提升數(shù)據(jù)運算效率，方便計算機、局域網(wǎng)及各車間監(jiān)測系統(tǒng)相互連接與數(shù)據(jù)交換。而數(shù)據(jù)采集模塊還具備歷史情況分析與報表編制等功能，可通過本地系統(tǒng)結(jié)合網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，就算在離線狀態(tài)下也可以完成監(jiān)測工作，聯(lián)網(wǎng)后則可將本地系統(tǒng)數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫，由服務(wù)器對數(shù)據(jù)進行采集與存儲，可實現(xiàn)機組故障與歷史異常情況的比對，并為工作人員呈現(xiàn)出簡潔的報表，方便機組故障處理。

3.5 監(jiān)測分析模塊

監(jiān)測分析模塊可對數(shù)據(jù)采集模塊所分析出的異常數(shù)據(jù)進行處理，發(fā)揮著報警作用，工作人員可通過該模塊及時了解機組的異常狀況。監(jiān)測分析模塊可被安裝在任意主機上，只需要連通網(wǎng)絡(luò)，就可以變成自動化分析站，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)采集模塊數(shù)據(jù)的識別。

監(jiān)測分析模塊包括正常監(jiān)測、數(shù)據(jù)分析與趨勢分析等功能，正常監(jiān)測可隨時顯示系統(tǒng)工況，例如，軸承振動信號若出現(xiàn)異常情況，系統(tǒng)就會根據(jù)系振幅進行報警，數(shù)據(jù)分析則可通過頻域分析、時域分析、軌跡分析、振幅分析、機組啟停狀態(tài)等判斷機組的運行狀態(tài)，而趨勢分析則是可根據(jù)設(shè)備一段時間的運行狀態(tài)，判斷機組是否存在劣化趨勢，并與網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫內(nèi)的其他機組運行數(shù)據(jù)相互比對，再通過向數(shù)據(jù)采集模塊進行回傳，獲取異常情況信號后直接發(fā)出報警信號，發(fā)揮在線監(jiān)測系統(tǒng)的實時探測效能。

4 石化離心壓縮機組在線監(jiān)測系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 檢測機組不對中問題

離心壓縮機組在運行中常常會由于各項隱患故障而影響整體運行，對石化企業(yè)的生產(chǎn)及人員安全造成威脅，而通過在線監(jiān)測系統(tǒng)的運用，則可以有效發(fā)現(xiàn)機組設(shè)備存在的問題。機組不對中問題是在設(shè)備安裝后，內(nèi)部轉(zhuǎn)子的軸線并未與延長線相互重合，這種情況將會導(dǎo)致一些大型離心壓縮機內(nèi)部出現(xiàn)電動機與增速器相互產(chǎn)生誤差、輸出齒輪軸的耦合性較差等問題，造成較為嚴重的事故，在不對中問題發(fā)生時，內(nèi)部聯(lián)軸的振動會產(chǎn)生徑向與軸向的振動，從而引起遠離連接軸的振動，而在線監(jiān)測系統(tǒng)則可通過虛擬儀器的探頭，測量機殼振動頻率，并根據(jù)歷史數(shù)據(jù)庫與往期振動頻率相互比對，檢測是否存在振動方面的差異，直接就可判斷出是否存在機組不對中的問題，因此，在線監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用中，可及時通過振動發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)問題，確保機組設(shè)備運行的穩(wěn)定。

4.2 檢測轉(zhuǎn)子不平衡問題

離心壓縮機組運作中內(nèi)部轉(zhuǎn)子會高速回轉(zhuǎn)，而轉(zhuǎn)子不平衡問題則是離心壓縮機組常見的異響故障情況，通過傳統(tǒng)檢測方式很難被觀測到，而這種不平衡情況就算在設(shè)備安裝中對轉(zhuǎn)子進行動平衡實驗，依然難以完全避免，在使用中很容易出現(xiàn)，一方面，是由于轉(zhuǎn)子在運行中自動產(chǎn)生的不平衡；另一方面，是由于轉(zhuǎn)子在運輸途中產(chǎn)生碰撞導(dǎo)致變形或彎曲，使轉(zhuǎn)子的重心與設(shè)計之初產(chǎn)生偏離情況，將會引起機組明顯的振動情況。應(yīng)對這種故障，在線監(jiān)測系統(tǒng)可分析機組的頻譜值，判斷是否與常規(guī)振動存在較大的偏差，同時，若軸心軌跡呈現(xiàn)出橢圓形，其他測點也有所增大，而頻率成分幅值卻較低，為此就可推斷出系統(tǒng)存在轉(zhuǎn)子不平衡問題，檢修人員也可以在維修中進行動平衡實驗，并比對在線監(jiān)測系統(tǒng)的歷史數(shù)據(jù)，具有一定的實用價值。

4.3 檢測機械松動問題

機械松動也是離心式壓縮機在運作中的一項故障情況，可通過在線檢測系統(tǒng)測量到。機械松動包括結(jié)構(gòu)性行動與轉(zhuǎn)動部件松動，其中會由于安裝過程中不牢靠、底座損壞或零件脫落等因素引起，而機械松動故障同樣具有屬于自己的頻譜表現(xiàn)，在徑向振動或垂直振動較強時，在線監(jiān)測系統(tǒng)就可以通過頻譜分析判斷出故障情況及發(fā)生松動的部位，就算軸向振動幅度較小，也可以通過高精度探頭探測到異常振動情況，再結(jié)合時域分析，對比往期數(shù)據(jù)庫，就可以測得離心壓縮機組內(nèi)部出現(xiàn)的故障情況，為后續(xù)的檢修及故障預(yù)防等工作提供便利。

5 結(jié)語

總而言之，離心壓縮機組的在線監(jiān)測系統(tǒng)是一項功能較多、適用性較強、精準(zhǔn)性較高的機組工況運行監(jiān)測系統(tǒng)，可實時反饋機組的運行狀態(tài)，分析機組故障問題，為事故預(yù)防、故障修復(fù)等工作提供便利，系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)做好電渦流傳感器、模擬信號調(diào)理模塊、數(shù)據(jù)采集模塊、監(jiān)測分析模塊等方面的設(shè)計與安裝，通過實時監(jiān)測，可檢測到離心壓縮機組的不對中、轉(zhuǎn)子不平衡以及機械松動等問題，為機組設(shè)備的穩(wěn)定運行提供保障。