往复压缩机状态监测

乘垫带(也称磨损带)是卧式往复式压缩机的重要耗材，操作人员根据乘垫带制定检修计划。虽然骑手带和活塞环都与气缸套接触;然而，骑带的设计是为了承载活塞的全部重量，而活塞环的设计是为了在活塞和孔之间提供密封。活塞环及其安装槽特意设计有间隙，使活塞环能够“漂浮”，而不承担任何活塞重量的垂直负载。骑手带被特意设计成完全位于其安装槽内，以便他们可以支持活塞的重量。

从历史上看，骑马带是用巴比特等软金属制成的。在现代设计中，大多数骑带是由塑料或复合材料(如聚四氟乙烯，聚醚酮等)制成的，特别是用于非润滑气缸设计。附加带可以是一件式设计(符合API-618的要求)，在复合(分段)活塞拆卸时安装，也可以是分体式设计，具有阶梯切割或对接切割的末端。

骑手带的设计会随着时间慢慢磨损。在良好的操作条件下，磨损率可以非常低，特别是在润滑气缸应用中。然而，不利条件，如气缸润滑不当，组件不对中，过多的颗粒或工艺气体中的水分会增加磨损率。

传统的抽油杆落差测量方法是通过垂直接近探头连续监测活塞杆的落差和活塞的落差，通过外推来检测活塞耗材骑带的过度磨损。有了这些信息，操作人员就可以计划关闭机器，进行相对便宜的常规骑带更换工作——避免了如果活塞和气缸套之间发生金属间接触所需要的昂贵维修。当活塞的垂直位置超过了对应于骑手带磨损的设定值时，传统的杆降监控器将被设置为报警。

图像

新的方法，如杆位置监测，测量杆的整个行程的动态位置。通常，这些方法使用正交(垂直)对涡流接近探头以及高速数据采集和处理，每曲轴转720个样本。抽油杆偏转、抽油杆运动和抽油杆跳动的影响也可以通过峰值位移在抽油杆位置测量中捕捉到，并可以提供运行装置即将发生故障的早期指示。活塞杆位置监控器的主要目的是在压缩机运行期间，相对于已确定的参考，不断测量活塞杆的垂直和水平位置。由于活塞杆的运动和偏转不局限于垂直方向，增加水平测量能力是对旧活塞杆下落监测方法的合理发展。

当配置为杆位置对时，监视器在探头的安装位置提供活塞杆的垂直和水平位置的指示。

采样值测量活塞杆从气缸孔几何中心(零参考)的位移。标记为“位置震级”的变量提供了从该零点参考的最大震级的连续在线指示。“位置角”表示杆的运动方向，“曲柄角”表示发生最大幅值的曲柄角。

请注意：

1 mil = 25.4 μ m

1英寸= 25.4毫米

1 in = 1000 mil

在天然气厂的8台往复压缩机上，通过安装在压力填料法兰上的垂直涡流探头，机器OEM提供了杆降测量，以监测骑带磨损情况。自调试以来，这些机器的抽油杆掉落读数出现了波动。经咨询后，Bently Nevada的机械诊断专家通过活塞杆下落验证应用记录(GER-4274)[1]对数据进行了分析，并指导说，由于活塞杆长度与活塞杆直径的比值较大，预计活塞杆会发生相当大的弯曲，因此活塞杆下落可能会提供波动/不稳定的读数。

客户、机器OEM和Bently Nevada的设计和安装服务(D&IS / Retrofits)团队共同合作，设计了一种用于杆位置对测量的创新支架，可以准确地监测活塞杆(小直径)在两个方向上的运动。图3显示，支架在两个正交探头之间设计了轴向偏移，以避免串扰。安装整改后，可靠性团队开始密切监测杆位对测量，以估计骑手带磨损。

在其中一台2抛式补氢压缩机上，骑手带已于2021年5月更换。2021年8月，作业人员开始注意到，随着HP油缸的位置角度从井眼中心线向下，抽油杆位置的幅度读数有所增加。他们通知可靠性团队调查这些增长趋势的原因。可靠性团队通过共享系统1审计文件进行分析，远程聘请了内华达本特利机械诊断工程师。

当在2021年5月安装新的衬套时，活塞与衬套的底部间隙为2.1mm(2100µm)。达到热平衡后启动，位置量级在孔心以下432µm，位置角接近125°。安装在活塞杆顶部的垂直探头给出了-11.65V的热零间隙电压。活塞杆在垂直和水平方向上的pk-pk位移均小于200µm。

从历史上看，该压缩机的载带可以持续运行6-9个月(在酸性气体应用中，载带的寿命通常较短)，但这次，仅在运行3个月后就触发了1000um位置量级的警报。在探针位置，活塞杆位置大小从基线432µm增加到1252µm，而位置角度为160º，这说明活塞杆在如此短的时间内进一步下降到孔中心以下。

位置大小在安装在填料上的探头处测量。为了计算缸内活塞的相应降，可以采用类似的三角形公式。压降计算为(1252µm - 432µm) x 2521mm(活塞杆长度)/ 1358.5mm(探头位置)≈1500µm，即1.5mm。

垂直探头间隙电压由-11.6V变为-15.4V。使用比例因子转换到探针位置的活塞杆降，结果为(15.4V-11.9V) / 4.38 V/mm(比例因子)x 1000 = 867µm。利用相似三角形公式，计算出活塞在气缸内的落差为867µm × 2521mm / 1358.5mm≈1500µm，即1.5mm。

下面的杆位置图是活塞杆位置随时间变化的另一种表示形式，当活塞从曲轴箱向气缸观察时，因此活塞杆从5月的棕色波形样本下降到8月的蓝色波形样本。

活塞与衬管的底部间隙/突出度计算为2100-1500 =600µm(0.6毫米)。

压缩机于2021年8月14日停止进行检查，此前本特利内华达州的诊断工程师确认了骑手带磨损约1500微米的估计，而2021年5月的建成间隙为2100微米。2021年8月17日，测量了HP气缸的活塞与衬套底部间隙，发现剩余630µm (0.63mm)。

安装了新的活塞环和骑环，并于2021年8月18日重新启动。位置幅度减小到400um，位置角度减小到114度。

此外，杆的位置图显示了一个新的位置非常接近孔中心，代表了一个新的骑手带条件。

1. 哈拉,罗杰。“往复式压缩机的抽油杆落差正确吗?”通用电气。GER-4274, 2006年8月。