惠生工程（中国）有限公司201203
摘要：石油化工行业是化学工业的重要组成部分，在国民经济的发展中有着重要作用。在石油化工行业中，压缩机组对整个化工装置的工艺反应和生产运行起着举足轻重的作用，而它的平稳运行是由一系列轴系传感器和配套监控系统来保护的。在工程建设过程中，压缩机组轴系监控仪表的安装质量直接关系到压缩机组运行数据的准确采集和机组的运行安全。本文阐述了压缩机组中轴系监控仪表：轴温、轴振动、轴位移、轴转速等传感器的结构描述、现场安装、检验和功能测试，主要的难点是在这些监控传感器探头如何顺利的安装在机组内部并达到良好的检测效果，对压缩机组轴系仪表安装方面的专项施工管理具有参考和借鉴的意义。
关键词：压缩机组；轴系监控仪表；安装与检查；功能测试
1.引言
汽轮压缩机组在化工装置中被广泛使用并对装置运行起到关键的作用，因此施工过程中对机组轴系仪表的安装、调试工作要求非常严格，它直接影响着压缩机组能否顺利、安全的试车以及后续装置投料开车和长周期运行。压缩机组通常有离心式和往复式两种常用类型，本期与大家交流的是装置现场使用的离心式汽轮压缩机，它由一台3MCL1007型沈鼓压缩机和一台NK40/60杭汽汽轮机组成。在它们的驱动端、联轴器、非驱动端分布着振动、位移、转速和温度探头，这些探头用来检测机组的实时数据并传输到ITCC监控系统中，通过报警、联锁逻辑来保护压缩机组安全运行。本文将从条件准备、正式安装、功能测试和注意事项四个方面来阐述压缩机机组轴系监控仪表的安装、检查及功能测试的整个流程。
2.汽轮压缩机轴系监控仪表的安转与调试
2.1汽轮压缩机轴系监控仪表介绍
2.1.1轴系监控仪表的构成及参数
轴系监控仪表的构成主要包括传感器探头、延伸电缆、前置器和最终的ITCC监控系统。传感器探头本身会带有一小段同轴电缆，他们安装在压缩机组轴承的安装支架上，延伸电缆一端放置于压缩机组内部与传感器探头末端相连，另一端延伸到机组外面与前置器相连。前置器通常安装在机组旁边的保护箱内，一端连接延伸电缆，另一端与信号电缆相接，最终将信号传输至位于控制室机柜间的ITCC控制盘柜，典型结构见图2-1所示。
图2-1轴系监控仪表系统主要构成
振动、位移传感器探头通常由线圈、头部、壳体、高频电缆、高频接头组成，探头对正被测体表面，它能精确地探测出被测体表面相对于探头端面间隙的变化。其典型结构见图2-2所示。
图2-2振动、位移传感器探头典型结构
延伸电缆用来联接和延长探头与前置器之间的距离，采用延伸电缆的目的是为了减短探头所带电缆长度，对于用螺纹安装探头时，需转动探头，过长的电缆不便使电缆随探头转动，容易扭断电缆。延伸电缆的两端接头不同，带阳螺纹的接头（转接头）与探头联接，带阴螺纹的接头与前置器联接。
前置器是一个电子信号处理器。一方面前置器为探头线圈提供高频交流电流；另一方面，前置器感受探头前面由于金属导体靠近引起探头参数的变化，经过前置器的处理，产生随探头端面与被测金属导体间隙线性变化的输出电压或电流信号。文中现场机组采用的是3300XL前置器，抗无线电干扰能力强，即使安装在玻璃纤维防护罩中，也不会受到附近无线电信号的干扰。改进的RFI/EMI抗辐射能力使它不需要特殊的屏蔽导管或金属防护箱就可以达到欧洲电磁兼容性标准，从而减少了安装费用，降低了安装的复杂性。
输入：接收非接触式3300系列5mm、33008mm或3300XL8mm电涡流探头和延伸电缆的信号。
电源：无安全栅时要求-17.5Vdc至-26Vdc，电流最大为12mA，有安全栅时要求－23Vdc至－26Vdc。当在高于－23.5Vdc电压下工作时将导致线性范围减小。
供电电压灵敏度：当输入供电电压每变化1伏时，输出电压的变化小于2mV。
2.1.2轴系监控仪表的基本工作原理
传感器探头、延伸电缆、前置器、控制盘柜依次正确连接，由系统盘柜提供所需电源。在接通系统电源时，在前置器内会产生一个高频电流信号，该信号通过延伸电缆送到探头的头部，在头部周围产生交变磁场，如果在磁场范围内没有金属导体材料接近，则发射到这一范围内的能量都会全部释放；反之，如果有金属导体材料接近探头头部，则交变磁场将在导体的表面产生电涡流场，该电涡流场也会产生一个方向与之前磁场相反的交变磁场。由于两磁场相互反作用，就会改变探头头部线圈高频电流的幅度和相位，即改变了线圈的有效阻抗，这种变量通过前置器最终转换为监控系统能够采集的信号反应在组态画面中。
2.2汽轮压缩机轴系监控仪表安装
2.2.1前期准备条件
机组轴系仪表的安装需要周全的准备过程和前提条件，涉及到机组设备安装进度、现场安装环境、机柜间压缩机控制系统ITCC投用等情况。安装前准备工作及所需条件如下：
1）厂家的成套资料已详细查阅，掌握探头的安装位置和间隙电压参数。
2）前置器到机柜间压缩机控制系统ITCC盘柜的信号电缆已敷设并校对、接线完成。
3）机柜间压缩机控制系统ITCC已上电并运行正常。
4）压缩机组钳工专业开盖翻瓦检查、冲洗合格，二次对中检查完成。
5）压缩机组周围安装环境整洁、无灰尘和异物。
2.2.2正式安装
检查现场安装环境、对机盖上仪表保护管进行预先拆除，为设备专业开盖创造条件。开盖后检查机组内部情况，对照图纸找出仪表传感器探头的安装位置，开始安装。
2.2.2.1温度探头安装
1）拿到温度探头后用万用表检查温度探头阻值，确保测量值在正常范围。
2）按照设备预留孔准确安装并上紧固定卡扣，电缆沿保护管接至接线箱对应端子上。
3）通过对讲机询问机柜间系统画面温度情况，温度显示正常范围表明探头和回路正常。
4）人为拆掉温度探头的端子排接线，观察机柜间ITCC系统显示值是否回到0度（注意事项中详述为何断线显示0度而不是满量程）。
1）恢复接线并压紧端子、锁好接线箱盖板、及时在表格中做好记录、签字确认。
2.2.2.2振动、位移、转速探头安装
1）目前国内对此三种探头的使用基本选择的都是BENTLY7200系列或3300系列，性能灵敏、可靠、耐用。
2）按照图纸将探头安装到设备预留孔中并装好固定螺母，此时务必不要上紧，在延长线上黏贴位号做为区分标记。
3）将延长电缆接至现场前置器并固定牢固，此时一边慢慢旋转探头向轴承靠近，一边用检定合格的万用表的笔针插到前置器输出和公共端子上观察间隙电压向10V逐渐趋近。
4）当机柜间系统画面上振动、位移数值在1~3时，现场测得的间隙电压会在9.8V左右，此时停止向内旋转探头并将探头的限位螺母固定牢固（注意事项中详述为何不要做到10V）。
5）最后安装速度探头，将速度探头向齿轮的齿顶逐渐靠近（不是齿槽），这个过程中机柜间系统画面上速度值始终为0不会有变化，需要通过现场的间隙电压来确认探头是否安装到位。因为速度探头与振动、位移探头型号相同，所以只需参考探头的间隙电压值即可。
6）探头安装完成后不能立即扣盖，此时需进行20圈左右的手动匀速盘车，检验在轴承旋转工况下的间隙值波动情况。常规情况下机组轴承都经过精密加工，盘车时与探头的间隙电压波动会很小，否则需重新调整数值过高点的探头。
7）最后，各方参与人员在轴系仪表安装原始记录表上签字确认。
2.2.2.3在压缩机控制系统不具备投用条件时的轴系监控仪表探头安装
1）查看压缩机组的厂家成套资料中对于探头的间隙要求，用塞尺测量探头与被测金属表面的间隙，最终达到安装要求（这种方法受限于安装位置和操作空间）。
2）通过查看压缩机组厂家成套资料和测算，绘制出以间隙值和电压值为横纵坐标轴的探头线性图。连接探头、延长线、前置器，参考绘制的线性图，通过电压表测量间隙电压的变换来调整安装位置，达到9.8V即探头安装到位（此方法操作便捷、测量准确，被广泛采用）。
2.2.3过程注意事项
1）由于温度探头在断线或损坏时会显示满量程，所以这里尤其要注意一点，为了避免因温度探头损坏或断线造成满量程进而错误联锁机组跳车的事故，在组态系统中我们将温度探头的断线设置为取低限0度。
2）振动、位移探头最好不要将间隙电压调整到10V，10V对应的是0μm。因为探头出现故障或中间线路断线时机柜间控制系统读不到数值也会显示为0μm，那时你无法判断是探头故障、回路断线还是真实测得的数值，所以保持在1~3μm左右刚好合适。
3）一定要保证信号回路连接的可靠性，在压缩机本体接线箱和系统盘柜端子排接完线后要下意识的轻拉一下接好的芯线，确保压接牢固，否则出现虚接会使传输的信号飘忽不定，甚至会造成机组跳车的危险。
3.汽轮压缩机开车前轴系仪表功能测试
轴系仪表功能测试是压缩机机组启机试车前的重要测试项目之一，此项测试依据设计资料中的报警联锁逻辑，从现场机组前置器、接线箱处模拟所有轴系仪表信号，使其输出达到预先设定值进而检验系统的报警、联锁功能实现情况。
3.1准备条件
3.1.1功能测试资料文件准备
1）设计图纸：仪表P&ID流程图、仪表联锁逻辑图、仪表接线图。
2）厂家随机资料：报警联锁原理系统图、逻辑流程图。
3）汽轮压缩机报警联锁系统实验记录。
4）功能测试作业票申请并批复完成。
3.1.2功能测试系统准备
1）汽轮压缩机组系统上电运行正常。
2）汽轮压缩机组系统组态逻辑语句由厂家检查并确认无误。
3）现场各轴系监控仪表实际参数已正常反映在系统组态画面上。
4）系统处于BYPASS状态。
3.2功能测试
3.2.1温度探头功能测试
1）查看系统画面中轴温均不为0且同一点位没有5度以上的温度偏差，说明探头工作正常。从就地接线箱端子排上拆掉去往机柜间的温度信号电缆，用信号发生器向机组控制系统机柜输送信号，检测当温度达到设定值时是否会实现报警和联锁功能。
2）联锁测试时，对一个温度点做现场模拟测试时，将另外的温度点在系统内强制到设定值温度，从而实现三取二或二取二联锁功能。
3.2.2振动、位移、转速探头功能测试
1）脱开前置放大器输入端的延长电缆，将备用BENTLY3300XL8MM探头连接至前置器输入端口，探头前端固定在简易螺旋千分尺上（条件好的情况下可以用TK3-2E校验仪）逐渐缩进千分尺观察系统画面数值变换，检测当模拟间隙达到设定值时系统是否触发联锁功能。
2）转速探头是通过与齿轮的齿顶与齿槽间距变化产生高低电压，通过传感器整合成频率信号输出，通常用频率发生器来实现转速探头的测试。
3.2.3注意事项
1）功能测试合格后，务必要将所有的强制信号、报警、逻辑恢复到正常状态，机组系统由BYPASS恢复到运行状态。
2）参与功能测试的各方代表在汽轮压缩机报警联锁系统实验记录上签字确认。
图3-1机组轴系仪表监控画面图3-2轴系仪表报警、联锁画面
结语
随着国内产业结构化调整，化工行业正在加快向精细化工方面转变，更多的高效化工装置将立项建设，作为石油化工装置重要设备之一压缩机组也会被越来越多的投入使用，对于压缩机组的安装工作会越发的严格化、规范化。文章以国内化工行业普遍采用的沈鼓、杭汽两家机组制造商为对象，阐述了压缩机组安装过程中轴系监控仪表的整个安装和调试、功能测试流程，并在文中讲述了安装管理过程中的经验和方法总结，对新进入这一行业或想了解这方面信息的人员会起到一定的指导、借鉴作用，并希望能够为压缩机组轴系监控仪表安装质量的提升和安装流程的规范化尽一份薄力。
参考文献：
[1]王笑.SH/T3521-2013石油化工仪表工程施工技术规程[M].北京：中国石化出版社，2014
[2]陈洪全.仪表工程施工手册.北京：化学工业出版社，2005
作者简介：高山，生于1988年，男，满族，辽宁沈阳人，大学本科，研究方向：仪表自动化。