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工业压缩机轴系仪表安装与维护探讨
刘莉 孔立新  
  摘 要:文章简要阐述了机组轴系仪表主要组成及工作原理,着重介绍了机组轴系仪表的安装及质量控制点,同时结合二高压机组运行具体故障案例就如何提升机组仪表使用及维护水平进行了归纳总结。
  关键词:探头;前置器;安装;单点接地
  引言
  压缩机是石化生产装置中重要的设备,广泛使用的有离心式压缩机和往复式压缩机(对称平衡和对置平衡)两种,它将工艺介质加压至后系统需要的反应压力,使装置生产出高质量的石油化工产品,压缩机的长周期安稳运行影响了石化生产装置的安稳运行,直接关系到生产效率,对压缩机运行状况的详细掌控是压缩机运行管理的关键。目前对压缩机运转状况的监控主要采用的是电涡流传感器(探头),对探头正确的安装,调校及良好的维护,使压缩机长周期运转成为可能。文章就轴系仪表安装及调试质量控制点进行了详细阐述,对实际工作中检测仪表引线处润滑油渗漏问题提出了应对方法。
  1 压缩机轴系检测仪表构成
  目前,常见压缩机轴系检测仪表主要由探头、前置器和延伸电缆构成。
  1.1探头
  通常探头由线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成。常见探头主要有速度传感器、加速度传感器和电涡流传感器(或趋近式传感器)。二高压机组轴系监测仪表采用的是电涡流传感器。
  电涡流传感器用于评价机组运行具体状况,主要工作原理是趋近式探头在通入高频电流以后,线圈周围会产生高频磁场,当该磁场穿过靠近的金属表面时,就会在其中产生一个电涡流,根据楞次定律:感生电流的方向,总是使它的磁场阻碍原来磁场的变化。感生电流的磁场与原线圈的磁场刚好相反,两磁场相叠加,使探头内高频信号能量损失大小变化,这个变化信号通过前置放大器转换成相应的电压信号送到检测仪表显示,报警或联锁输出。如图1所示。
  电涡流传感器主要有5MM,8MM,11MM,14MM四种,其中5MM,8MM电涡流传感器的灵敏度为200MV/MIL(7.87V/MM),线性范围达2MM(80MILS),11MM,14MM电涡流传感器的灵敏度为100MV/MIL(3.94V/MM),线性范围达4MM(160MILS)。直流阻抗为7.3Ω+0.28Ω/米。使用条件:-24VDC供电,10KΩ负载,环境温度-35-177℃。电源要求:-23-26VDC,最大电流为12MA,当电压高于-23.5VDC时,会导致线性范围的减小。供电电压的灵敏度:输入供电电压每变化1.0VDC,输出电压变化小于2MVDC。
  1.2延伸电缆
  延伸电缆用来连接传感器和前置器,延伸电缆长度应满足配套前置器要求。直流阻抗为0.222Ω/米,使用环境温度-51-177℃。
  1.3前置器
  前置器为传感器提供高频交流电,同时处理和传输传感器与机组金属导体间隙变化并以间隙电压的方式进行表征。前置器到监视器应使用三芯屏蔽电缆,且要求前置器到监测系统距离控制在305米内,环境温度-35-85℃。
  1.4压缩机轴系检测仪表系统
  5米系统:探头总长(探头壳体+猪尾线的长度)+延伸电缆长度=5米。
  9米系统:探头总长(探头壳体+猪尾线的长度)+延伸电缆长度=9米。
  线性范围:2MM(80MILS),从被测靶面0.25-2.3MM(10-90MILS)。
  推荐间隙设定值:1.27MM(50MILS)。
  2 压缩机探头安装准备
  探头安装前,为确认探头使用性能的好坏,需模拟探头的工作状态(测量位移,振动,转速),用TK-3和数字电压表进行探头模拟校验。
  首先将TK-3的旋转螺旋测微器调至零点位置,把探头固定在TK-3的支架上,使探头顶端紧帖金属盘,用数字电压表监视输出电压,在0-3MM范围内,旋转螺旋测微器,每隔150UM(或5MILS)输入位移信号,同时记录输出电压值,正,反行程各输入一次,绘制电压-位移曲线图,找出线性段中点。算出探头的灵敏度是否符合要求(200MV/MIL10%或100MV/MIL10%)。
  注意事项:监控系统供电正确,前置器供电符合要求,探头,延伸电缆,前置器的连接符合系统要求(5米系统或9米系统)。
  3 压缩机探头安装
  3.1离心式压缩机探头的安装
  探头安装主要有以下两种方法:机械测隙安装法:用塞尺测量探头与被测金属表面的间隙。电气测隙安装法:将探头,延伸电缆,前置放大器连接好并送电,用数字电压表测量输出电压,计算确定探头和被测表面的间隙,该种方法由于不受安装位置的限制被广泛使用。
  转速探头的安装:
  键相槽的开孔尺寸:长10mm(沿轴向),宽7mm,深1.5mm。
  键相信号的作用:在机器监测中作为转速信号,相角分析的参考点,计算机系统的采样控制信号。
  将转速探头进行模拟校验,找出线性段范围,确定线性段中点的间隙值,用该探头模拟出间隙值的电压值,取整后即为安装电压,安装质量要求:(1)必须径向安装。(2)探头安装孔与键相槽必须对准。(3)键相探头安装必须错开键相槽。由于转速探头的位置紧靠压缩机轴端部的转动部件,所以探头猪尾线的绑扎必须远离齿轮且固定,以免在压缩机运行后,损伤电缆。
  振动探头的安装:
  轴振动探头一般安装在轴承座的上盖上,一个位置有X、Y向两个测点,径向振动探头必须在同一轴截面互成90°安装,45°和135°,30°和120°及其他角度,每个振动探头都有一个带内外螺纹的保护套管,先固定好保护套管,插入深度要符合随机资料要求,然后再在套管上安装探头,当探头穿过套管,接近机组测量轴时,连接探头与前置器,送上电源,用万用表测量前置器的输出,调整探头与轴的间隙,安装间隙电压在探头特性曲线的中点,固定探头。
  位移探头的安装:
  确定探头线性段的中点:探头,延伸电缆,前置器连接正确,将探头固定在TK3-2E的支架上,旋转螺旋测微器,使金属盘紧帖探头顶端,用数字电压表监视输出电压,在0-3MM范围内,用螺旋测微器每隔150UM输入位移信号,同时记录输出电压值,绘制电压-位移曲线图,找出线性段中点-1600UM。
  计算远点电压,近点电压,中点电压:压缩机某气缸的轴窜量为500UM,探头线性段中点1600UM,用TK3-2E模拟出1850UM的位移,此时输出的电压为远点电压(V远),用TK3-2E模拟出1350UM的位移,此时输出的电压为近点电压(V近),中点电压(V中)=(V远+V近)/2。
  室内调零:用工程师站将中点电压(V中)的数值输入对应通道的零点电压(ZERO POSITION),成功下装后,现场模拟汽缸的远点,近点,中点,报警值,联锁值的电压值,检查指示精度是否符合要求,误差通常在10UM左右。
  探头安装注意事项:
  (1)探头安装一定要牢固,猪尾线和延伸电缆连接避免扭力,连接处对地绝缘处理。
  (2)延伸电缆管与压缩机外壳连接处应用耐油橡胶塞密封,避免油气外漏。
  (3)为了使探头的工作状态更容易确认,建议振动和转速探头安装统一的电压值。
  (4)为了使轴位移指示准确,建议位移探头的安装电压精确到1.0MVDC。
  (5)如果探头安装发生在压缩机检修期间,系统的供电电压会高于正常开车期间2-4VDC。在进行探头线性段中点确定时应考虑供电电压的影响,如振动探头的线性段中点为9.5VDC,建议安装电压为9.0VDC;位移探头的线性段中点为1650UM,建议选择线性段中点为1600UM。
  3.2往复式压缩机探头的安装
  往复式压缩机探头的安装方式采用侧部锁紧和后锁紧两种方式,可事先将探头固定在安装支架上,清洗猪尾线连接接头以备用,启动压缩机盘车马达将柱塞充分拉出,使柱塞处于未做功位置,调整探头与柱塞表面的相对位置,对应轴位移显示为零时,锁紧探头的固定螺丝,记下此时的前置器输出电压,该电压即为探头的安装电压,由于前置器到室内的信号电缆长度的差别及系统供电的波动,安装电压值通常在-10.25~-10.33VDC之间。
  探头安装完毕后,启动盘车马达,观察监视器的输出,输出值在-3mils~3mils之间变化,由于往复式压缩机水平滑道、垂直滑道存在间隙,此数值属于正常的范围。
  4 探头安装过程中须注意的问题
  (1)检查探头的端部是否从保护管中拧出,防止探头受侧部干扰影响。
  (2)用精密电子清洗剂清洗探头端部和电缆接头,防止铁磁性物质,油污及异物干扰测量。
  (3)检查延伸电缆绝缘层,将同轴电缆接头拧紧并做绝缘处理,防止电缆多点接地造成信号异常波动。
  (4)在压缩机内部将延伸电缆固定牢固,将多余电缆自机组内抽出,避免延伸电缆因强烈抖动而产生干扰信号。
  (5)如果采用本特利监测保护系统,现场安装时应注意的几个接地问题。
  传感器系统
  传感器(探头)一般安装在机组上。对于涡流传感器,它通过延长电缆与前置器相连。要求探头电缆与延长电缆及延长电缆与前置器的连接要正确可靠,探头电缆与延长电缆的连接接头应用专用的接头保护器或热缩管、绝缘胶带包好。严禁将接头裸露,因裸露的接头一旦与轴承箱等金属部分接触,会带来严重的干扰和测量误差,甚至系统无法正常工作。
  就地电缆
  前置器通过就地电缆与监测保护系统相连接。就地电缆应选用带屏蔽层的三芯电缆(对于速度传感器可选用两芯屏蔽电缆),单根的截面积大于等于0.5平方毫米。就地电缆的三根线与前置器上的三个接线端子应接触良好牢靠,屏蔽层在此处不与任何端子连接,而应用胶布包好作绝缘处理。就地电缆与监测保护系统连接时最好不经过任何端子直接连到监测保护系统的接线端子上。对于3300系统,应将就地电缆的屏蔽层与公共(COM)端相连接。而3500系统是将就地电缆的屏蔽层与监测保护系统上的屏蔽层端子相连接。
  监测保护系统
  如果监测保护系统不与其他系统(如DCS、PLC、记录仪等)连接,则应将监测保护系统电源背板上的公共(COM)端与框架上的接地端子相连,以实现监测保护系统单点接地,达到防干扰的目的。对于3500系统需要将电源模块背板上的接地开关扳到“接通”的位置,同时,将COM端与框架地线相连的连接片去掉。
  如果监测保护系统还要与其他系统通过硬接线或接口相连接,这时应从整个系统防干扰的角度考虑,以实现单点接地。以监测保护系统与DCS相连接为例,具体接线方式有两种:一是信号公共端从监测保护系统上接地。这时,应将监测保护系统上的公共端与接地线的短接线(片)或开关接好,而将DCS系统上的公共端与接地线断开,以保证整个系统是单点接地。反之,如果DCS系统上的公共端与接地线相连接;则应将监测保护系统上的公共端与接地线断开。总之,一个完整系统上的信号公共端不能够有两个或更多的接地点。
  5 故障案例分析
  5.1探头与延伸电缆接头进水导致压缩机停车
  故障现象:2006年7月6日,压缩机运行过程中,GIA-1157A(7#气缸)间隙值在2秒内突然升高到+15mils以上,K201联锁停车。
  分析与处理:现场检查,前置器输出-7VDC左右,与监视器指示相符,检查探头和延伸电缆的接头,发现有少量凝结水,将水清理后回装,指示恢复正常,检查气缸柱塞室,同样有水存在,蒸汽窜入气缸后破坏了电缆的绝缘,是产生虚假信号的直接原因。利用停车机会,将探头更换为长缆型,使接头存在于气缸之外,从根本上解决了此类故障。
  5.2异物干扰测量线圈引起压缩机停车
  故障现象:2012年10月3日,压缩机柱塞间隙异常升高,在很短的时间内超过联锁值,而此探头的振动信号却无异常波动,同一柱塞另一间隙值也在正常范围内。
  分析与处理:检查前置器输出,电压值与二次表指示对应良好,检查探头,发现其顶端线圈周围附着大量油污,清除污油后,故障现象消失。这种问题主要是由于柱塞与填料摩擦产生的铁磁物质残留在探头端部,当这些物质积累到一定程度时,就会对探头的测量产生影响。利用装置停车机会,定期对探头进行清理,保持探头测量线圈的清洁,以减少此类事故的重复发生。
  5.3电气噪声对探头测量产生的影响
  故障现象:2015年11月6日,在压缩机运行过程中,柱塞的两个间隙信号指示正常,其中一个振动信号出现非周期性发散变化,一度超过15mils,另外两个振动值却无异常变化,这种现象在以往也曾多次出现,测量故障回路,其交流分量明显高于正常回路。
  分析及处理:经过分析研究,这种问题主要是由于安装和电缆问题所引起。在安装过程中,如果存在过大的安装转矩会引起传感器的局部变形,直接影响其响应特性。同时,在电缆固定方面如果存在电缆抖动,则容易通过电缆电容的改变而产生电气噪声,并且所产生的乱真干扰信号叠加到真正有用的振动信号上。这些干扰因素的存在直接影响测量的准确性,并且容易使测量值产生波动。此外,电缆连接头也是不容忽视的一个干扰信号易发点。电缆连接头需要牢固的系紧,以防在有油流、空气流、异常压力等情况老化。在后来的机组检修中,将探头猪尾线严格固定,并且把延伸电缆接头拧紧后用热缩管做绝缘处理,振动信号的异常波动现象明显减少。
  6 结束语
  压缩机轴系仪表安装与调试是确保机组安稳运行的基础,具有信号易受干扰、安装质量严苛、屏蔽要求高等特点,在二高压装置多年的实际运行中很好的保护了机组的安稳运行。
  参考文献
  [1]陈丙臣.离心式压缩机常见问题的解决办法[Z].2008.
  [2]马兵.机组探头安装使用手册[Z].2007.
  [3]黄继强.离心式压缩机组仪表系统安装调试探讨[Z].2011.
来源:《科技创新与应用》2016年第33期
2019-10-22

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