一、機組概述

　　【壓縮機網】某公司K-302AB往復式壓縮機是60萬噸/年柴油加氫裝置PSA解析氣壓縮機設備。屬于四列二級壓縮，型號為4M20-198/0.1-6.5型，水冷式、M型氣體壓縮機。本機為少油潤滑設計，每列氣缸都設置了活塞桿下沉監測報警裝置。其整體結構簡圖可參看下圖。

　　主要技術規范：

　　二、活塞桿下沉監測裝置基本原理

　　本機活塞桿下沉監測裝置是某品牌的電渦流位移傳感器，它是一種非接觸式的電磁探頭，通過監測探頭與活塞桿監測面的位移變化，監測出活塞桿的下沉量。電渦流位移變送器是采用電渦流探頭+延長電纜+前置變送器組成，輸出標準的4-20mA信號，防爆等級為iaIICT4，前置變送器放置在現場防爆接線箱內，接線箱放置在壓縮機附近，再從接線箱接線至DCS，用來顯示和報警。本機四列缸在每個填料函安裝法蘭盤上面安裝了1個電渦流位移傳感器用于監測各級活塞桿的下沉量，如左圖所示。

　　支承環磨損后會引起活塞桿會產生下沉，這會導致傳感器探頭與活塞桿之間的間隙發生變化。當檢測探頭頂部的線圈加上高頻電流與導電表面靠近時，由于線圈磁力線的作用，使導電物體表面產生渦流，從而使線圈的電感量減小。線圈特性的這個變化被轉換成直流電壓信號輸出，通過傳感器測定的活塞桿下沉量可以計算出支承環的磨損量，活塞桿下沉量與支承環的磨損量成正比例關系。

　　三、故障發生過程

　　2024年1月15日K-302A出現一級一列活塞下沉量報警，達到0.65mm。現場切機后停電。拆開中間接筒側蓋后檢查，從填料函端蓋可以看出，填料磨損嚴重，證明活塞支撐環已經磨損嚴重。活塞下沉，氣缸中磨損的粉末也將導致填料磨損加劇惡化。拆檢后發現，活塞支撐環活塞環已磨損，活塞和氣缸已輕微拉缸。閥窩氣道里發現大量不銹鋼濾網碎片。進一步檢查壓縮機入口濾網，濾網只剩固定架筒，濾網已抽扁帶走進入氣缸。最終導致支撐環活塞環異常磨損，觸發報警。根據現場狀況，又檢查了一級二列，雖然沒有報警，但活塞支撐環也已經磨損，同樣氣缸內、閥窩里都有破損的濾網碎片。

　　根據這次突發故障，顯示壓縮機活塞下沉量監測沒有及時報警，運行時位移值有波動，但沒有超過報警值，沒有引起重視。當觸發報警時，已經損壞嚴重了。基于此，對本機的活塞下沉量監測做進一步分析。

　　本機一級和二級活塞桿下沉量報警值設定為：

　　四、活塞桿下沉量的計算

　　計算之前需要壓縮機機組的一些特定的參數，包括壓縮機的行程、活塞及活塞桿的長度、連桿中心距、傳感器的監測位置等。根據隨機資料，簡圖如下：

　　計算活塞支撐環磨損的物理模型及方法（見下圖），在行業中廣泛應用，是一種簡單普遍的計算評測方式。

　　設定：

　　L1—傳感器的監測中心與十字頭中心的距離

　　L2—傳感器的監測中心與活塞中心的距離

　　A為活塞支撐環實際磨損量

　　B為電渦流傳感器測量的沉降值

　　首先測量十字頭和支撐環（活塞中心）到傳感器的長度Ｌ1、Ｌ2，通過電渦流傳感器測量活塞桿下沉數值Ｂ，通過相似三角形原理，計算公式如下：

　　計算得到支撐環實際磨損量

　　根據簡圖和計算模型：

　　五、檢查分析

　　本機活塞圖紙如下：

　　由圖可看出，活塞支撐環磨損極限值3mm，基本屬于拉缸狀態。

　　結合本次磨損和報警設置，報警設置有偏差。使用過程中的注意事項應考慮：

　　在進行活塞桿下沉報警值和聯鎖停機值的設置時，要注意考慮一定的誤差范圍。因為在監測過程中，主要有2個方面可能會影響監測精度，造成監測誤差：

　　①活塞桿在壓縮機往復運動中可能產生的輕微彎曲；

　　②由于十字頭與十字頭滑道中存在間隙，所以在往復運動中，十字頭會有微小幅度的上下運動。

　　活塞桿的材質和表面涂層對電渦流傳感器的工作特性曲線有非常大的影響。本機活塞桿噴涂陶瓷涂層，所以在使用傳感器進行壓縮機運行情況監測時，首先一定要對傳感器的曲線進行標定。當壓縮機機組運行一段時間后，活塞在氣缸中的位置會因熱膨脹而有些許的變化。因此當壓縮機機組在現場進行額定工況負載運行4小時以上后，應重新對監測位置進行歸零調整。

　　本機組安裝說明里有關：

　　⑴安裝氣缸組件，通過氣缸支撐底板上的調整螺釘，可調整氣缸的水平。

　　⑵應使氣缸做水平或徑向位移，或刮研接筒與氣缸止口處連接平面進行調整，不得采用加偏墊或施加外力的辦法來強制調整，壓縮機安裝時應以活塞桿冷態下水平、垂直徑向跳動允許值做為驗收依據。

　　⑶水平找正時，應在氣缸鏡面上用水平儀進行測量，其水平度偏差不得超過0.05mm/m，其傾斜方向應與十字頭滑道傾斜方向一致。

　　所以儀表專業在安裝調校傳感器時應聯合動設備，消除一些因素的干擾。諸如十字頭滑履間隙，滑履在過止點后向上還是向下的受力。活塞桿在垂直方向冷態跳動值最大時活塞桿的運動位置會受氣缸水平度影響。

　　至今，國內大多數大型往復壓縮機活塞桿上部或下部加裝了電渦流傳感器，來監測數據變化，已有很多專家學者對機組故障特征提取做了大量的研究工作，并在實踐中得到廣泛應用。美國石油協會在2007年頒發的API618[1]標準6.3.1和C.3.3中明確提到“臥式往復壓縮機活塞桿水平和垂直冷態徑向跳動偏差范圍在行程的±0.015%之內”“盤車試驗刻度盤指示器活塞桿水平(側向)徑向跳動不應超過0.064mm，不考慮行程長度”“考慮到可能造成輕微平行偏移或角偏差的所有零件的幾何和配合公差，加上或減去行程許用限值的±0.015%”。同時，該標準中圖C-4對活塞桿重力產生的撓度在千分表處的幾何變形進行了專利計算；標準中C.4.5還提到“在正確對中條件下并無活塞桿下沉,垂直活塞桿徑向跳動非常接近一個成比例的直角三角形關系”，其公式如下：

　　該模型公式未考慮十字頭滑履磨損，因此與實際情況存在一定偏差。無論是美國API規定，還是國家標準、行業標準，在實際應用過程中，總有些偏差。安裝精度、制造精度、測量偏差、信號傳輸精度，最終都將導致偏差的產生，這將促使我們須結合自身機組和每次檢修，統計作出最接近實際情況的計算模型，以便設置最適宜的報警參數。

　　參考文獻

　　[1]API618-石油、化學和氣體工業設施用往復壓縮機.美國石油學會,2007.

　　[2]郁永章.容積式壓縮機技術手冊[M].北京:機械工業出版社,2005.

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