状态监控系统在压缩机上的应用

摘 要：大型压缩机的稳定安全运行，关系到整套装置的安全生产，因此对压缩机运动状态的参数进行测量和监视显得尤为重要，本文主要研究了压缩机状态监控系统原理以及bently3500在氯碱行业中压缩机上的应用。

关键词：压缩机 氯碱 状态监测系统

中图分类号：TP216 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）04（a）-0068-02

大型压缩机组转速高、流量大、功率大，主要应用在天然气、石油化工、基本化工三大危险行业，一旦因故障或事故停车，就会影响整个装置的正常生产，给工厂成重大经济损失甚至人员伤亡，石化行业大型压缩机组安全运行研究是非常必要的。压缩机组故障主要集中在压缩机喘振或旋转失速、转子轴位移大、转子振动大等几个方面。本文主要研究离心压缩机状态监测系统原理以及在氯乙烯装置中的应用。

1 压缩机在氯乙烯装置中的应用

乙烯法生产氯乙烯装置以烯烃厂来的乙烯、烧碱装置来的氯气和供排水厂或二化来的氧气为原料，由乙烯直接氯化、氧氯化生成二氯乙烷，两种方法生成的二氯乙烷精制后裂解生成氯乙烯单体和氯化氢，再经过精制和分离制得合格的氯乙烯单体和氯化氢。氯化氢作为氧氯化反应的原料，在整个生产过程中始终保持平衡，不需要补充和处理。氯乙烯单体送往聚氯乙烯装置作为生产原料[1]。

从工艺深冷器、蒸发器（HX103）和过冷器（HX102）来的低温低压气体分别通过一段、二段入口进入压缩机，压缩成高温高压气体，然后经过冷凝器（HX101）冷凝，冷凝后的高温高压液体进入丙烯储罐（PV101）储存，然后根据工艺单元的不同需要，分两路进入冷冻系统用户。液体丙烯一路通过过冷器（HX102）、减压后进入150E001、140E012蒸发并使其壳程物料冷凝液化，换热后低温低压丙烯气体进入入口分离器（PV102）、进入压缩机一段入口；另一路经过减压后进入蒸发器（HX103）冷却纯度为40%乙烯基乙二醇水溶液（冷冻盐水），然后变成低温低压气体进入压缩机二段入口，循环压缩。冷冻盐水通过循环泵送到工艺装置各用户对其它物料进行冷却。工艺流程。

2 压缩机监控系统的指标

我厂采用的大型丙烯压缩机的功率可达到3357 kW，转速3500 rpm，如此大型设备需要对其主要参数轴的径向振动、轴向位移、机器转速、键相、轴承温度等实施在线监测，保证其安全运行。

振动测量的主要对象是一个转动部件，即转子或转轴，以及转动体与静止体之间的相互关系，主要有振幅、振动频率、相角等参数的直接测量显示，还有可以从示波器上显示振动形式、振型等参数。

振幅是压缩机整体振动强度的标志，用来监测机器运行的平稳程度。尽管对机壳的测量能够表明机器故障的存在，但要对及其进行全面保护，还需对轴的振动进行直接测量。目前采用的非接触式电涡流探头直接测量轴相对于轴承的振动振幅。

振动频率是进行机壳测量的主要参数之一，因为有些机器故障通常在某些特定的频率下发生，这样就有助于对故障类型进行分类。转子的振动大体可分三类：第一类属于强迫振动问题，是外来确定的扰动力引起的，而振动本身并不反过来影响扰动力，强迫振动的频率总是等于扰动频率；第二类属于自激振动问题，是由于转子支撑系统中存在某一机械能量的反馈环节；第三类属于非定常强迫振动，即强迫振动的幅值与相位是在变化的，不是定值。

相角测量可以用来描述某一特定时刻机器转子的位置。通过确定机器转子“高点”的位置，就能确定机器的平衡状态，使用非接触式电涡流探头或一个光电探测器，就能得到一个键相器准确测量相角。

振动形式是显示在示波器上的原始振动波形，分为时基形式和轴心轨迹形式，维修工程师通过观测时基振动形式，能够确定基本的振幅、频率和相角；通过观测轴心轨迹，能够了解轴的实际运动情况。

振型是转轴在一定转速下沿轴向的一种变形。测量振型的方法是沿着转轴的轴向每隔一定间距放置一组XY传感器，分别测得相应转轴截面的中心线振动情况。

3 防喘振控制

喘振是离心式压缩机固有的特性，是压缩机运行过程中当负荷降低到一定程度时，出口气体排出量会出现强烈的振荡。离心式压缩机的压缩比（压缩机出口压力P2与压缩机出口压力P1之比P2/P1）与入口进气气体流量Q之间的关系曲线如图2。在不同转速下，各驼峰点连线的轨迹近似于一条抛物线。为安全起见，在这条线的右侧考虑有一定余地再作一条抛物线，称之为安全线，该抛物线方程可用下式表示为：P2/P1=a+b+Q21/T1，式中Q1为入口流量，T1为入口温度，a、b为厂家提供压缩机系数。

常用的防喘振控制方案主要有两种：一是固定极限流量控制；一种是可变极限流量防喘振控制。

3.1 固定极限流量防喘振控制方案

测量值大于QB，则旁路调节阀完全关闭；如果测量值小于QB，则旁路调节阀打开，使一部分气体循环，直到压缩机出口流量达到QB为止。

3.2 可变极限流量防喘振控制方案

为了减少压缩机的能耗，在压缩机负荷经常有波动的场合，在不同的转速下，其喘振极限流量QB是个变数，它随转速下降而减小。此方案是按式P1d=m（P2-aP1）构成，即用差压流量计测量入口气体流量时喘振安全操作表达式，防喘振控制器的测量值是P1d，设定值是m（P2-aP1）。如图4所示，当测量流量大于设定值时，旁路控制阀始终关闭，当测量值小于设定值时，控制器开启到一定位置，因此能防止喘振出现，确保压缩机安全运行。

4 监测系统的实现

Bently公司使用的传感器是电涡流趋近式传感器，它将机械振动或位移转换成正比于振动位移的电信号。系统由探头、前置放大器和监视器构成，所有参数设置和调整都通过软件来组态，并通过软件来组态，并通过PC机下装到监视器框架中，通过Modbus485发送到DCS的通讯卡进行显示操作。

4.1 硬件组成

3500状态监测系统采用积木式模块化搭建，框架包括3500-15电源模块、20框架接口模块、25键相器模块、40位移模块、42电涡流位移/速度/加速度传感器监视器模块、45差胀监视器模块、50转速模块、53超速保护模块、92通讯模块、32/33继电器模块等。通过这样的模块化搭建，可以完成检测径向振动、轴向位移、偏心和差胀、超速保护、模块输出信号间的逻辑运算以及与上位机通讯等功能[2]。

4.2 探头的安装

理想状态时，压缩机的轴在中间，这时输入探头安装时的电压即可，但实际往往很难实现，因此要求我们检修人员将轴翘向一侧，左右均可。如图5所示，将轴翘向最左侧，设轴窜量为S，探头灵敏度为F，左侧探头电压为V1，右侧探头固定后的电压为V2，左侧探头需要往3500组态软件输入零点电压为V1+（S×F）/2，右侧零点电压为V2-（S×F）/2。

4.3 软件

3500状态监测系统包括三个软件包，分别是框架组态软件（Rack Configuration）、数据采集软件（Data Acquisition＼DDE Server）、操作员显示软件（Operation Assist Display）。

框架组态软件能够自动识别卡件类型及地址，上电前先将需要配置的卡件安装好，20框架接口模块是主控模块在紧挨着电源的1#位置不可更改，设置连接密码、框架地址、通讯端口、波特率等，连接，上传数据，安装好的卡件类型即可在面板上显示出来，在软件中设置各个卡件的参数。

数据采集软件设定有三个表单，数据采集表单中，Create Rack Based Trains项表示省城基于机组图的框架文件，Automatic Data/Time Synchronization表示是否允许框架和运行数据采集的PC机进行时钟同步；连接参数表单用以设置通讯端口、波特率、连接类型等PC机上的设置；框架地址和口令表单中地址由要连接的框架的硬件地址拨码开关决定，口令在前述的框架接口模块里设置。以上设置好了以后，运行操作员显示软件，操作人员可以在这个画面上查看机组上对应位置的实时数据、棒状图、报警事件列表等。

5 结语

本文研究了以大型压缩机实时监控的一般原理和指标，结合了在乙烯法制氯乙烯的氯碱行业中压缩机运行实例，阐述了Bently3500监控系统的应用，对氯碱行业仪表维修和工艺操作人员有很好的指导借鉴作用。

参考文献

[1] 氯乙烯生产工艺对比[J].云南化工，2010（1）.

[2] 浅谈BENTLY 3300与BENTLY 3500的应用[J].现代物业（上旬刊）.