往复压缩机状态监测

过去，机架振动一直被用作往复式压缩机的安全措施，以避免设备发生潜在的灾难性故障。直到20世纪80年代末，地震开关(又名地震触发器)被用来在震动超过预先设定的情况下自动跳闸。由于开关的二元性质，这不是一个有效的方法来跟踪振动的变化，可以归因于机器的发展问题。因此，行业开始转向传感器和变送器，以实现在线连续监测。

在API 618第5版(2007年发布)之前，车架振动是唯一被推荐的(与振动相关的)停机参数，但在全球范围内报告的几起事故中，主要故障发生在抛缸/气缸上，但车架振动并不能提供故障即将发生的早期信号，只有当昂贵的二次故障传播到曲轴箱时才会触发警报/跳闸。在这些事件中，人们注意到，十字头振动在故障早期具有明确特征的振幅确实有所增加。基于这些案例研究，API 670 5th Edition(2014年发布)将十字头振动添加到推荐停产参数列表中。

这在第P.4.4.2.9条中已说明。API 670第5版规定:“压缩机十字头振动的连续监测至少需要在十字头导轨的顶部或底部垂直安装一个传感器。十字头导向振动可能比车架振动更早地提示运行问题。如果检测到的辐射水平足以造成直接和严重的破坏，就需要关闭核电站。”

十字头导向振动传感器用于检测走行机构连杆-十字头和十字头-活塞杆部分的机械或工艺引起的冲击。加速度计可以检测到与机械冲击和阀门噪声相关的高频振动。频率高达2khz时，运行装置会出现松动，当振幅超过预先设定的设定值时，会使用滤波信号触发报警和跳闸。API 670还规定，监测系统应能够监测频率至少为2千赫。在P.4.3.4.4条款中有说明。API 670:“监视器可能需要配置为接受更高的频率(最高可达7 kHz，最低为2 kHz)，以便根据机器特性检测机械冲击。”如下图2所示，与机械问题相关的能量大多低于2khz，而高于2khz的更高频率的同步振动与气体通过阀门有关。

3500监控系统与系统1提供未滤波和滤波信号。未滤波的信号称为“同步波形”，包含机械撞击和阀门事件信息。由于阀门开启和关闭事件具有如此大的能量，它们往往会掩盖机械撞击事件，即使在十字头。过滤后的十字头加速度计信号，标记为“过滤同步”，包含与机械敲击事件相关的信息，机器的保护是启用过滤后的振动信号。

有趣的是，安装在十字头(离圆筒几米远)的加速计仍然能够捕捉到圆筒上的问题。如果钢瓶较长，可能需要在钢瓶上安装一个额外的加速度计，因为振幅在整个投掷长度上会衰减。但对于大多数中小型压缩机来说，安装在十字头上的加速计能够监测气缸相关问题。电流振幅与基线读数的比较提供了一种测量故障进展程度的有效方法。

在确定气缸相关问题时，加速度信号分析只有两条规则。有句话很有道理:“我需要知道的关于圆筒振动的一切，我都是从吹口哨中学到的”:

1. 只有当阀门打开(或泄漏)时，气体才能流动。
2. 振幅与驱动气体通过开启阀门(或泄漏)的压力成正比。

活塞环是曲柄端腔(CE)和头端腔(HE)之间的密封元件。判断活塞环失效最真实的方法是观察CE和HE室的PV(压力-体积)曲线;两个腔室的实测(实际)和绝热(理想)压力曲线之间的交叉将表明可能存在活塞环泄漏。有争议的汽缸排气温度升高是对活塞环泄漏的补充确认。

如果活塞环失效，两腔之间总是有气体泄漏;泄漏方向根据压差，从高压室向低压室泄漏。气体不通过环泄漏的唯一情况是两个腔室的压力相等，即没有压差。除了等压情况外，整个革命中的泄漏被加速计以同步未滤波波形中的高频信号拾取。下面的图4显示了一个活塞环失效的气缸的机械完整性图。

左下图显示了压力与曲柄角度的波形;CE室和HE室的实际压力曲线与绝热压力曲线的交叉表明了活塞环泄漏的可能性。右上方的图显示了十字头振动传感器滤波(红色)和未滤波(蓝色)的加速度波形;除等压点外，未过滤的同步高频内容在整个革命中进一步确认了泄漏的活塞环。

机器启动后装箱检修，几分钟内观察到十字头振动信号异常高。基于数据回顾，我们得出结论，应该检查头端(HE)吸入阀(SV)及其卸料器是否存在任何可能的问题，因为振动冲击发生在HE SV开启事件(@30°曲柄角)。维修组检查后发现，HE SV接触卸料机是由于卸料杆太长。它并没有在启动后立即出现，但由于通常的阀门粘连在几分钟内就开始出现，克服粘连力所需的更高压差/力导致阀门升力增加，然后它会开始影响延长的阀杆长度。因此，阀与装载机间隙调整2mm。调整后，压缩机重新启动，十字头振动控制在正常水平。这表明了十字头振动的有效性，当传感器安装在十字头(几米远)时，它能够捕捉到圆筒发生的故障。

在六程装置上，在定期检查过程中，CE室的钢瓶动态压力与曲轴角图显示了实际压力曲线与绝热压力曲线之间的偏差，即实际压力上升速度低于预期，这可以归因于工艺气体泄漏到低压区(气体通过吸入阀泄漏到吸入管路或气体通过压力填料泄漏)。为了确定罪魁祸首，检查了吸入阀盖温度和压力填料箱温度。曲柄端吸油阀温度显著高于头部。由此利用阀温对吸气阀故障进行了补充确认。

十字头滤波波形和未滤波波形也进行了回顾。在十字头未滤波(同步)振动与曲柄角度图中检测到相当高的频率含量(蓝色波形)。在曲柄端吸气阀关闭的过程中出现了高频含量;泄漏的气体流动会产生高频的“嘶嘶声”，这被十字头加速计在同一投掷中捕捉到。

由于第二次投掷时十字头振动增加，客户计划停止往复压缩机。通过数据分析发现，振动的增加是由高频脉冲引起的，与排气阀事件有关。建议压缩机内部没有机械问题的症状，未过滤的十字头振动增加很可能与2号气缸曲柄端排气阀有关，建议检查。

目视检查时，发现其中一个支撑排气阀盖的螺栓少了两个螺母。该问题在没有停止压缩机的情况下得到了解决，因此也没有停机。

1. API 618第五版2007年12月
2. API 670第五版2014年11月