大型压缩机组轴位移振动监控系统改造

王立新,朱克坚

(中石化股份公司天津分公司,天津 300270)

0 引 言

大型机组监测系统(TSI)是主要用于实时监测转动设备(压缩机组等)工作参数,并提供指示、报警、跳车保护的一种系统。天津石化PX装置装有3台压缩机组(电机拖动),其配置的 TSI为本特利7200系列产品。该系统已近30年,由于产品较早,存在诸多缺陷与不足,如:调试麻烦、备件通用性差且短缺、没有安装键相器不利于振动故障分析等。为此对原机组进行改造,将其中两套压缩机组的7200系列监测设备合为一套3500监测系统,并增加键相探头,更换探头、前置放大器。同时将3500监测系统的数据传送至上位的S8000机组监控分析系统。

1 系统说明和解决方案

1.1 3500监控系统简介

a)3500监测系统的框架为标准的19 in(1 in= 25.4 mm)高密度框架(可配置14个模块,56个通道)。每块模块有4个通道,可实现两种不同的监测项目,使实际使用的模块数量减少至原7200系列所用模块的一半。

b)软件组态,无需对硬件操作,降低硬件损坏危险。3500系统可通过组态设置卡件的定义、量程、报警值等。而7200系列则是靠调节监测仪表卡件里的电位器来进行各参数的调整;且监测仪表的功能与量程均在出厂时就固定了,需要在订货时就将各类型写入订货清单内提供给TSI制造厂家。

c)备用电源,自动切换。3500监测系统可放置上、下两块电源,其中一块可作为备用电源。当主电源失电,备用电源将自动切换为主电源,使该套系统能继续正常工作,使保护作用不间断,而7200系统则不能做到冗余切换。

d)模块兼容,利于备件。3500监测系统模块主要分为键相模块(3500/25);偏心、轴向位移、振动模块(3500/42);差胀、LVDT模块(3500/45);转速模块(3500/50);继电器模块(3500/32);通信网关(3500/92)等几大类。具体各模块实现的功能则完全由计算机来完成,因此对机组重要参数的监测只用少量种类模块即可实现。用户在做备品备件时也相应减少了许多。

e)4通道、16通道可编程继电器,软件编程,多层逻辑,应用自如。3500监测系统的继电器模块,可对此模块所在的框架内各类监测参量进行“与”和“或”等多重逻辑运算并发出一组开关量信号。而7200系统的开关量信号则是从各模块自身发出的,若要将多模块进行逻辑运算后再发信号,则需要通过外部硬逻辑接线来实现完成,降低了可靠性。

f)机组图显示,综观全局,一目了然。3500系统面板显示的功能可显示各监测参量的实时值、棒状图、趋势图、间隙电压值、状态量等,也可显示整体机组的机组图。

1.2 改造前机组配置情况

改造前监测仪表系统配置为机体和齿轮箱轴承上安装14个探头(电涡流探头)测量轴的振动和位移。原2套机组7200监测系统用了2个7200框架,占用空间大,配备电源多,备品备件多。另外,7200系统还存在以下缺陷:11 mm探头线性不好,每次校验及标定后,线性补偿很难完善,造成误差。无键相探头造成无法对机组进行更高层次的分析诊断。改用3500监测系统后这些问题迎刃而解,2套机组的TSI系统只需用1个3500框架。但如何选取测点和安装测量装置成了改造的难点。

1.3 改造内容

针对以上长期运行过程中出现的问题,在保留原有全部监测功能的情况下,做如下改造:

a)分别为机组增加了键相检测探头。前置器系统被安装好之后,在轴上加工了一个“凹槽”键相探头,在“凹槽”的部位相比正常的振动或距离测量会产生明显的电压变化,产生一个电压脉冲,这样可以应用键相位测得机组的转速。“凹槽”的部位最小靶面(方或圆面,深1 mm)应不小于探头的2倍,机组内部空间恰在其浮动范围内,调试当中,手动盘车时传感器间隙电压变化幅度超过了4 V,试车中测量准确,满足要求。

b)将7200系统8 mm探头改成线性较好的3300XL 8 mm探头(2008年大修时更换),延伸电缆和前置器配用3300XL标准的5 m电缆。按照该探头线性的要求(线性范围:10～90 mil(1 mil= 0.001 in=25.4μm),即Δ=2 mm),对平均比例系数A S F进行了计算:

由上式可知线性的中间位置是9.75 V,所以对轴向位移间隙电压,调整至-10 VDC,既要避开死区电压(3 V以下),又要使其工作在线性区。室内将7200监控系统拆除,更换为3500监控系统。

c)采用3500/93系统显示装置代替原有指针指示,LCD显示器与3500框架安装在一起(也可远离框架到1 200 m),3500/93采用3500数据采集和操作显示软件,为所有3500机械保护系统的信息提供显示。显示信息包括:系统事件列表、报警事件列表、通道状态和数据。3500/93显示器具有以下功能:在8×16的LCD显示屏上,可以有8个棒图或16个文本的单一色彩数据显示;在每一个通道上有彩色的报警/危险LDE指示(OK:所对应回路正常指示灯;DANGER:所对应回路危险指示灯;ALERT:所对应回路报警指示灯);所有来自监测器内的数据,均按照缺省的组态方式显示;具有52种用户可组态的数据显示方式。在LCD显示器上,有三类显示内容:User Defined Sets(用户自定义)、Display Modes(显示模式)、Utilities(功能区)。在上位计算机出现问题时,工艺操作人员可以通过LCD显示面板掌握(C-501、C-701)机组的机械保护系统的运行情况,系统具有安全冗余的功能。

当系统出现异常时可发出报警,同时,通过3500/32卡的逻辑程序将报警信号送入原有仪表盘报警系统进行声光报警。

d)为进一步提高机组的管理水平,在现有基础上增加了一套3500系统专用数据采集及计算机监控系统。该系统采用3500系统提供的数据,能够真实地定义出运行状态和机器的状况,可提供优化机器运行所需要的信息,在保护系统发出报警和遮断信号之前,识别出早期的机器故障。为此专门配置了一台DELL工控机,安装本特利3500数据采集/ DDE服务器软件和操作员显示软件,用于组态、调试及显示等,在机组图显示的同时,3500监测系统也能将实时采集的数据按10 min,20 min,1 h等设置的不同间隔存储在计算机内,形成历史趋势,便于查找、分析。另外通过RS-232接口和3500/25卡的输出,还可将更多信息送至S8000机组监控分析系统。

2 机组改造后的投运情况

目前该机组的监测系统运行良好,对所需监测的参数提供了有效的数据。发现新的监测模块在检修过程中具有如下优点:

a)系统稳定性、精确度都较高,80 mil线性范围内,以0.25 mm的增量测量时,包括互换性误差在内为7.87±5%V/mm。

b)机组转速从0～100%连续可测,无死区,这对于大型压缩机组的开、停机是非常有意义的。

c)通过观察,探头零点电压变化很小(对应于特性曲线电压20 VDC,变化在100 mV以内),线性度好。

d)用户根据生产实际需要,通过用于继电器组态的DIP开关,可将继电器组态成正常情况下通电或正常情况下不通电。

e)接头是连接探头、延伸电缆和前置器的重要部件,对系统的可靠性、稳定性有很大影响。以前使用系统接头可靠性差是主要故障原因之一(经常松动,接触不好),而3300XL探头、延伸电缆和前置器都有带防腐蚀的CiickLocTM镀金铜接头。

f)由于新增加了线性补偿功能,在对轴向位移等重要参量进行联调的过程中,可以轻松地通过3500软件内的设定零位电压、修改线性度等功能来完成报警值、停机值的模拟校验以及零位安装。即使探头的特性曲线发生了重大变化(需在探头允许的衰减范围内),也完全可以将其修正精确,使其在需要时发出报警、停机信号时能够正确动作。

在机组试车当中,3500监控系统起到了立竿见影的效果。大修中C-701机组更换转子,检修后C-701试机运行,机体上A,B,C,D点振动值严重超限,有的甚至轴振在短短几秒内由10μm以下上升至148μm,超过量程,而齿轮箱振动探头E,F指示平稳正常。此后又经过2次试机,均存在此问题。机体上A,B,C,D点为X&Y方式安装,两个探头在同一平面正交安装。在排除了仪表回路和工艺氮气压力调整可能造成机体喘振等故障因素后,通过3500监控系统和S8000监控诊断系统共同诊断,确认机体安装不存在质量问题,只能是转子自身问题。果然在机组重新解体检修中,发现转子受到轻微磁化,造成3300 XL 8 mm电涡流传感器输出超限所至。更换了转子之后故障消除,机组于2008年10月23日试车成功。

3 控制系统投用效果及展望

PX装置机组轴位移轴振动监控系统投用以来,工作状况稳定,流程图、参数表、报警信息画面和趋势图画面多种显示方式直观明了,还可以进行波形和频谱图分析,尤其是在大修之后试车当中,对机体转子带磁故障的分析判断过程中提供了科学的、可靠的依据,受到了工艺人员的一致好评,使关键大型机组得到更好地保护,可靠性大为提高。

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