探讨天然气压缩机的工况检测和诊断技术

王焱骅

摘 要：近几年，压缩机已成为油气产业中不可或缺的运行设备，并关系到油气的生产量。因此，本文使用一种基于硬件设施以及软件设施相结合的检测系统，将某矿区的一座压缩机作为研究对象，利用传感器、转换板、计算机以及软件系统等设施对压缩机的工况进行检测，并从示功图中了解该座压缩机的运行状况，进而分析该座压缩机存在的问题，旨在为油气开采人员提供技术参考。

关键词：工况检测；传感器；示功图；压缩机；诊断技术

压缩机主要应用于油气田开发的采输阶段中，并有着增压传输、气举以及增压回注地层等效果。随着各地油气生产规模不断扩大，油田开发对压缩机的性能要求也不断提高，不仅要求压缩机能够在重负荷以及连续运转的条件下运行，还要求压缩机具备安全可靠的运行性能。现阶段，许多压缩机在高强度的运行条件下容易出现低转速以及低压力的情况，并且使用效率也低于45%。因此，各地油气开采单位应不断增加压缩机的研发投入，确保压缩机能够在油气开采中起到增产的效果。

1 检测系统的基本运行原理

1.1 监控系统中主要硬件设施的运行原理

第一，传感器。就传感器来讲，其作用是将工况参数进行转化，包括压缩机压力、压缩机温度、压缩机转速以及压缩机流量等参数指标，并以电信号的形式输出给A/D转换板，以便于工作人员收集到机组的具体工况参数。一般来讲，如果传感器的精确度较差，就难以增加监控系统的准确度。因此，应做好传感器的采购、位置确定以及安装等环节的工作，以便为机组的状态监测以及分析打下基础。第二，转换板。就转换板来讲，其作用是将电压信号进行转换，并以数字量的形式输出给计算机。一般来讲，转换板单通道的最大采样速率可达到38kHz，并且其内部的模拟电路以及逻辑电路能够利用光电隔离装置来完成信息交换，使总线部分所受到的干扰不会对模拟电路产生影响，有利于增强A/D转换板的抗干扰能力。第三，计算机。就计算机来讲，其主要作为监测系统的核心部件，不仅能有效完成信息接收、信息分析、信息处理以及信息储存等工作，还能对A/D转换板进行控制。一般来讲，主要将计算机与显示器以及打印机等装置相接连，以便更好地打印出机组检测报告。第四，示波器。就示波器来讲，其主要作为辅助仪器，并用来显示信号的实际波形。

1.2 监控系统中主要软件设施的运行原理

一般来讲，软件系统主要包括菜单主控程序以及其他子程序等内容。用户只需要点击主菜单便能使用各种功能程序。在确定所选的功能程序后，可立即执行该程序，以此实现工况检测的要求。

2 检测系统主要的诊断技术

结合某矿区的具体情况，将型号为的机组作为试验对象，并以此展开该型号机组故障诊断的全部流程。

2.1 确定主要的测点

第一，进气口压力：放置一个传感器用于检测压缩机的进气口压力，且传感器量程为0至2MPa，再将这项参数作为通道1；第二，操作湿度：放置一个传感器用于检测压缩机的操作湿度，再将这项参数作为通道2；第三，出气口压力：放置一个传感器用于检测压缩机的出气口压力，且传感器量程为0至30MPa，再将这项参数作为通道3；第四，操作温度：放置一个传感器用于检测压缩机的操作温度，且传感器量程为0至300℃，再将这项参数作为通道4。

2.2 监测示功图

就示功图来讲，其主要是一个反映压缩机活塞在不同位置下气压变化的曲线。一般来讲，从示功图中不仅能了解机组缸内的平均压力以及平均功率等参数，还能了解机组气阀的实际功率损耗、进气口压力以及出气口压力等参数。因此，将示功图作为研究基准，可判断压缩机是否存在气阀泄漏、压力损耗、填料泄漏以及活塞环泄漏等问题。在检测过程中，压力传感器以及计算机能够对缸内的压力进行采样，并能将压力采样的起始点以及终止点控制在准确的位置上，再根据几何尺寸学以及运动学等理论知识进行计算，进而求出不同压力值与缸内体积的内在联系。

2.3 分析结果

测试机组；；测试工况：天然气；进气口压力：0.15MPa，低于额定进气口压力的最小值0.2MPa；排气口压力：18.5MPa，低于正常排气口压力的最大值20MPa；操作温度：65℃，超出最大操作温度50℃；操作湿度：6%，正常。经过换算，可得出以下结果：压缩机的最大功率为210kW，吸入阀的功耗损失率为1.5%，排出阀的功耗损失率为1.2%，平均指示压力为17MPa，吸入容积系数K1为0.58，排出容积系数K2为0.21，压缩指数K3为0.5，膨胀过程指数K4为1.5。

从示功图可知：第一，图中的压缩线b-d有左移趋势，而压缩线d-c则有缩短的趋势。由此可见，吸气阀缺乏严密性，并存在排气延迟的现象。第二，图中的膨胀线c-a有右移趋势，而吸气线则有缩短的趋势。由此可见，排气阀缺乏严密性，并且大量压缩气体会在管道中朝着气缸吸气端移动。第三，吸气初始段没有出现小钩，可表明吸气阀以及排气阀均缺乏严密性，并且在吸气过程中没有耗费功。

2.4 检测系统的运行总结

第一，压缩机选型正确，性能稳定，并且测试数据可靠。第二，该检测系统具备良好的报警功能，并能提示工作人员及时进行检修；第三，该检测系统的示功图能够准确显示出压缩机存在的故障，有利于将定期维修模式转化为预测维修模式，增加压缩机检测效果。

3 结语

压缩机作为油气开采中工作量较多的设备，开采单位应加强对压缩机的检测力度，确保压缩机能够以良好的状态运行。目前，基于传感测试技术以及计算机技术相结合的技术已成为压缩机检测的主要方式，并能准确诊断出压缩机存在的诸多问题。总之，随着压缩机诊断技术不断完善，必将给我国油气工程贡献力量。

参考文献：

[1]董超群，梁政，田家林，余笃军，马科笃，张植.基于天然气压缩机性能监测的预知维修技术[J].机械设计与研究，2014（06）：127-131.

[2]何道清.天然气压缩机工况监测及诊断技术[J].西南石油学院学报，2001（04）：64-67+1-0.