往复压缩机监测技术与故障维护

杨庆忠

大庆炼化公司检维修中心动设备组 黑龙江 大庆 163411

摘 要：在现代化工行业发展过程中，往复式压缩机是极为重要的设备，一旦有故障问题出现，必然会为企业造成巨大经济损失。因而，为保证往复式压缩机平稳运行，应该做好压缩机的维护工作，对故障进行及时的诊断和检查，掌握故障原因，科学处理。鉴于此，主要分析了往复式压缩机的故障维护方法，并结合故障问题，提出了相应的维护检修对策。

关键词：往复式压缩机；维护；故障

1 引言

往复式压缩机具有结构复杂、激励源众多等特点，运行过程中既有受交变载荷的部件，又有很多在高压下滑动的部件，还存在气体产生的压缩热、压力脉动等因素，使压缩机在运行中有较高的故障率，严重影响企业的经济效益。以往设备管理人员仅用耳听、眼看、手摸和简易仪器，结合温度、压力、负荷等工艺数据，无法准确、迅速地评判往复式压缩机的运行状态和故障根源及部位。因此，有必要进一步开展往复机械的状态监测与故障诊断技术研究，实施和应用一套有效的故障诊断系统，全面实时的监控机组的运行，努力实现“预知维修”这一任重而道远的目标。

压缩机能否正常且经济运行，与生产安全有极为紧密地联系，所以必须确保往复式压缩机运行稳定性。通常，导致往复式压缩机运行不平稳的因素很多，复杂性极强，若不能及时处理，必然会对设备造成严重损坏，甚至还有可能引发安全事故。因而，应该做好往复式压缩机的故障处理和维护工作。^[1]

图
1 往复式压缩机

2 往复压缩机监测方式

根
据往复压缩机的故障机理和特点，一般的监测系统重点选择了气阀温度、缸体振动、活塞杆下沉、转速等状态量作为监测参数：

图2 往复式压缩机示意图

2.1振动监测

⑴在曲轴箱壳体轴向方向，安装加速度传感器（PCB），测量曲轴箱壳体振动（速度mm/s，经过硬件积分），监测壳体异常振动、基础松动、不平衡类故障。

⑵在缸体十字头的正上方，安装加速度传感器（加速度m/s2），测量缸体内部磨损、拉缸、液击、连接松动等冲击信号，与键相监测结合进行气阀、活塞杆、支撑环、十字头及连杆大小头等故障分析；另外，还可以用“撞击次数”，来表征缸体内部部件在一个周期内振动能量的变化，判断拉缸、气阀卡塞、小头瓦磨损、十字头活塞杆连接松动等故障。

说
明：这里的“撞击”不是通常意义上的运动部件撞击，“撞击次数”它统计的是振动能量超过撞击门限值（可根据机组运行状态调整）以上的能量变化次数，初始安装通常为2-3次。

图3 往复式压缩机缸体振动、曲轴箱振动趋势示意图

2.2活塞杆沉降监测

在
填料函端部垂直安装电涡流传感器(Bently 3300xl 11mm)，监测机组运行过程中活塞杆沉降量，来分析支承环与缸套的磨损状况。活塞杆偏摆监测，需要在填料函端部水平方向安装电涡流传感器，可监测活塞部件、缸套水平方向磨损，目前我公司往复机组均未安装此类偏摆探头。

图4 往复式压缩机活塞杆沉降趋势示意图

2.3温度监测

在
气阀表面吸附热电阻传感器(PT100)，测量吸/排气阀温度，可对气阀泄漏、阀片断裂等故障进行有效监测。

图4 往复式压缩机气阀吸、排气温度示意图

2.4气缸压力和P-V图监测

使用动态压力传感器监测气缸压力变化，并提供P-V图（示功图）供故障诊断使用。监测气缸压力是诊断气阀泄漏，气阀卡塞，活塞环损坏，缸套磨损等故障的最有效的方法之一。动态压力监测，主要针对气缸内发生的泄漏类等故障，由于该监测涉及到气缸的开孔、密闭等问题，目前主要采用温度、振动、沉降等综合监测来满足诊断需求。

2.5键相信号监测

在飞轮上粘贴贴片，通过曲轴箱侧安装的电涡流传感器，提供触发信号，用于基于角度域（相位）的故障诊断分析。

图5 传感器布置剖面示意图

3 往复式压缩机的故障分类

往复式压缩机在工作期间，任务极为繁重，再加上长时间使用，设备出现问题的几率很大，包括部件老化等，最终导致故障出现，对工作效率的提高造成了较大影响。因此，为提升往复式压缩机运行稳定性，减少故障出现，应该做好相应的维护工作。在对设备维护期间，加大对润滑油的监测力度，对润滑油的各项技术指标进行定期分析，若存在质量无法满足标准的情况，必须及时更换，尽量将油温、油压等指标把控在既定范围内。通常而言，往复式压缩机冷却质量与零部件寿命息息相关，所以要科学选择维护方式，保证气缸不会出现超温的现象。在具体维护阶段，维护人员需要将技术标准作为基础，根据具体情况，有侧重点的对维护方法加以选择，做好大头瓦紧固螺栓的保护工作，确保螺栓不会出现疲劳或塑性变形的问题。在维护阶段，需要保存好维护数据，精准记录，保证可以为后续故障检修工作提供便利^[1]。

在维护往复式压缩机过程中，为促进维护效果的提升，可以对在线检测装置和仪表进行利用，清楚显示设备操作条件和实际工作情况。但是，借助这种方式，存在的局限性也比较明显，只能单一的显示故障问题，无法将故障的原因展现出来。因此，检修维护人员必须加强重视，充分运用自身的实践经验，在配合应用先进技术手段，以最快的速度对故障问题进行排查。同时，在检修环节，需要保证备用机组负荷调节器件一定要十分完整，利用科学方式，促进设备灵活性增强。若往复式压缩机的运行状态为卸荷，检修维护人员在开启机器时，出现压力过高的可能性极大。对此，需要加强对这一问题的关注，提升往复式压缩机维护效果和质量。

3.1 往复式压缩机的活塞环故障

在
往复式压缩机运行期间，导致活塞环故障的原因比较多，需要结合实际现状，积极对故障处理工作进行开展。通常，若活塞环在应用过程中，由于使用时间较长，出现了磨损的情况，那么往复式压缩机的排气量会受到极为严重的干扰。并且，如果是正常的磨损，在处理过程中，需要第一时间对活塞环进行更换，选择的型号要和之前相同。此外，若活塞环在安装时，选择应用的方式不科学，缺乏合理性，安装流程没有严格按照技术标准进行，应该对活塞环进行及时调整，保证往复式压缩机能在短时间内恢复工作状态^[2]。

图6 活塞环泄露时理论和实际PV图

3.2 往复式压缩机的气阀故障

对于气阀故障来说，也是往复式压缩机运行中出现频率较高的故障问题，影响了往复式压缩机运行效率和质量。因此，为保证往复式压缩机能可靠运行，应该将气阀故障处理工作做到位。在维修处理期间，可以凭借听气阀的杂音来对故障问题进行判断。在检修中，如果吸气过程中存在杂音，说明出口气阀出现了损伤，若排气阀有不同程度的杂音问题，表明进口气阀出现损伤，需要及时处理，保
证往复式压缩机能平稳运行。

图
7 活塞环进气阀泄露时理论和实际PV图

图8 活塞环排气阀泄露时理论和实际PV图

3.3 往复式压缩机活塞支撑环磨损

通
过对活塞杆的运动曲线进行动态分析,观察跳动量的变化即可间接得知活塞支撑环的磨损程度，从而确定更换时间，避免拉缸等故障的发生。

图9 活塞杆运动曲线图和磨损过度实物图

图10 过度磨损的活塞杆实物图

3.4 往复式压缩机十字头撞击故障

如
下图示为基于相位的压力图、振动图及活塞杆受力图，从图中可以看出在活塞杆受力反向处，振动明显增大，因此可以初步判断出活塞杆和十字头连接处有松动（可能是锁紧螺母松动，也可能是十字头销松动），当受力方向改变时，活塞杆与十字头间产生较大撞击。

图11 十字头撞击故障分析图

4 往复式压缩机的检修工作

4.1 定期组织开展往复式压缩机清理工作

冷却水通常会裹挟很多杂质，诸如塑料、生物泥等，若不能对这些杂质及时清理，必然会导致往复式压缩机出现堵塞问题。因此，为了能从根源遏制这类问题出现，应该加大重视，做好相应的清理工作，对管路进行定期清理，以便往复式压缩机的运行可以处于稳定状态。同时，填料函的滤水装置体积不大，被污垢堵塞的几率颇大，所以在实际清理阶段，难度很大。对此，除了要对管路做好清理工作之外，还要将往复式压缩机实际运行情况作为依据，更换质量能满足标准的过滤装置。

4.2 对往复式压缩机的支撑和管线进行紧固

在往复式压缩机运行阶段，应该对设备管线的紧固工作高度重视，加强检查往复式压缩机的工作状态，尤其是管线，观察是否被紧固。针对部分特殊或者受损后引发故障的位置，应该做好特殊处理，以便能从根源对设备的振动幅度进行缓解，有效对频率加以减少，从而为往复式压缩机的运行营造一个良好环境。

5 往复式压缩机故障案例

2

2#缸活塞杆沉降量半年来变化明显

010年12月正式系统投用后，某厂机组1、2缸活塞杆沉降量出现明显变化。其中2缸活塞杆沉降量由-1082μm增加到-424μm，绝对值变化量为658μm。

图
12 某厂循氢压缩机组活塞杆沉降

根据活塞杆沉降/偏摆监测原理（还需考虑到电涡流探头安装位置），此沉降变化量的2倍，可大致视为其真实活塞支撑环的磨损量。则，2缸支撑环的磨损量约为1316μm（约1.3mm）。

图13 活塞杆沉降/偏摆监测示意图

依据机组监测报告，组织对机组停机检查，机修人员用塞尺实测1、2缸活塞与气缸间隙分别为1.25mm、1.1mm，与监测人员的判断基本一致。

该机组的气缸内径为500mm，活塞为钢材质的。根据《压缩机检修手册》，其极限间隙应为0.16D%=0.8mm。稳妥起见，当间隙降到1mm以下，就需要着手进行支撑环的更换。因此，安排该机组更换支撑环，检修后1、2缸活塞与气缸初始安装间隙分别控制在2.1mm、2.2mm，检修后机组运行平稳。

6 结束语

综合而言，在工业发展中，往复式压缩机发挥的作用极大，因为设备的设计非常繁琐，包含的零部件极多，所以在运行阶段，很容易被各个方面因素影响，致使往复式压缩机经常出现各类问题，若处理不及时，很可能造成更大的经济损失。因而，维修保养人员在工作期间，务必加大重视，着力提升自身的水平和能力，在检修中不断总结经验，不放过每一个细节问题，做好气阀故障、气缸故障等处理工作，保证往复式压缩机能一直处于安全状态，促进往复式压缩机运行效率和质量的提高。^[2]

参考文献：

[1]刘帅.往复式压缩机的维护与故障分析[J].装备维修技术，2019,23(03):112-113.

[2]张海洋，李艾.往复式压缩机运行期间存在的故障问题和维护处理方法[J].设备管理与维修，2018,14(21):131-132.