往复式压缩机气缸压力测量值

S-Oil生产润滑油基础油和石油化工产品，并在蔚山温山工业园区运营日均669万桶的原油精炼设施，是世界上最大的对二甲苯(PX)生产设施和世界标准的燃料c裂解中心。

芳族加工厂的富氢气体压缩机是四投、三级、双作用卧式API618往复式压缩机，输出40122 Nm3/h。

表1。压缩机铭牌信息

2021年，Bently Nevada往复压缩机的状态监测系统(包括在线动态气缸压力)被用于该压缩机，以尽早发现机器问题，并提供更好的诊断能力。图1显示了其中一台机器上的传感器布局。

除了API和机器制造商推荐的监测参数外，S-Oil决定在机器设计阶段规划一个机器保护和状态监测系统，以全面观察这些新型往复式压缩机的关键监测参数。Bently Nevada的往复式压缩机最佳实践文件被用作前端工程设计(FEED)规范的参考。

作为S-Oil往复式压缩机管理程序的一部分，各种机器参数都通过在线系统进行持续监测和趋势分析。系统监测的参数包括气缸压力(压力与体积，杆负载，杆反转，流量平衡…)，阀门温度，吸入和排出温度，车架速度，十字头加速度和活塞杆位置。3500机器保护系统对低杆负载反转、高振动、间隙电压变化等关键监控参数进行报警。所有关键参数收集并显示在system1®资产状况监测系统。多事件轮(MEW)信号是3500系统和系统1测量的一个重要参数，计算出每个活塞的极其精确的曲柄角，以支持先进的诊断和机械保护。

2021年12月16日，3500机架检测到机架振动的硬件告警。如图2所示，压缩机因这种高振动而关闭，启动了后续调查。

下面的趋势图(图3)表明，车架振动在12月2日发生了阶跃变化。然而，这个图并不足以确定振动跳闸的根本原因。需要更深入的诊断分析。

我们回顾了DCS测量的集管温度和压力趋势(图4)，但无法通过这些数据确定机器跳闸的根本原因。经确认，CE(曲柄端)、HE(头端)温度和压力均在12月2日前后发生了变化，如下图所示温度趋势图。

一般来说，压缩机机架振动会因多种原因而增加，如下文所述，往往需要对往复式压缩机进行全面检查，以找出问题的根本原因。潜在的失效模式可能包括以下几种:

• 旋转相关振动传递到压缩机机架
• 不平衡:由于不寻常的压差或惯性不平衡造成的不平衡:
  • 阀故障
  • 活塞环的失败
• 基础组件松动，灌浆退化
• 杆负载过高引起的高力矩。(也与压力元件失效有关)
• 骑士带穿
• 压力密封泄漏
• 十字头和销磨损
• 液体摄入到气缸中
• 主轴承磨损或故障
• 活塞杆断裂或松动

Bently Nevada的System 1®能够测量和监测往复式压缩机的基本状态监测参数。在这种情况下，系统1®的P-θ(压力vs曲柄角)曲线在投掷2时明显显示出比预期值曲线增加更快的压力，并且在12月2日左右的相同投掷情况下，头端腔的流量平衡显著下降。(请参阅下文图5、6及7)

P θ图是诊断阀门问题的一个有价值的工具，它通过比较预期(理论绝热)和实际当前气缸压力曲线，如下所示:

流动资产＝n_年代/ n_d

如果钢瓶处于完美状态，没有泄漏过阀门、填料或密封圈，则流量平衡刚好为1。如果工艺气体通过吸入阀泄漏，流量平衡应高于1。当流量平衡小于1时，排液阀泄漏。

在审查了System 1®捕获的各种数据后，S-Oil得出结论，机架高振动的根本原因实际上是与投掷2上的头端排放阀有关的问题。特别是P-θ图与预期(理论绝热)和实际气缸压力曲线，以及流量平衡和杆负载趋势图，为阀门状况提供了明确的证据。与打开并检查所有阀门的传统方法不同，该公司计划对Throw 2头端排放阀进行专门检查。如图所示，发现排液阀环板有明显损伤。(请参阅下文图9及图10)

如果只安装机架振动监测，而没有附加的参数，如气缸压力，机架振动仍然会触发警报，但识别和纠正正确的根本原因需要大量的时间和精力，这将导致机器启动生产的严重延迟。

在调试System 1诊断平台之前，通常的做法是，当怀疑有问题时更换所有阀门。显然，由于无法获得准确指示阀门故障的高质量诊断数据，导致零部件和维护人工成本增加。这一快速简单的根本原因结论已被证明可以将这一关键往复式压缩机的检查和维修成本降至最低，将根本原因分析、检查和维修的停机时间从2~3天缩短至1天。

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某硝酸装置压缩机振动问题