一、方案總則 （承接森瑟機泵群、高危泵監測方案體系，主打全時段在線監測，適配石化易燃易爆連續生產工況）

1.1 方案背景與實施必要性

石油石化加氫、制氫、天然氣增壓、合成裝置核心動設備以往復式壓縮機為主，介質多為氫氣、甲烷、乙烯、硫化氫等易燃易爆劇毒介質，遵循API618往復壓縮機設計標準，24h連續重載運行，是全廠工藝壓力、物料循環的核心機組。 往復壓縮機故障特征隱蔽、破壞性：氣閥泄漏、活塞環磨損、活塞桿下沉、十字頭瓦拉傷、氣缸帶液、填料密封失效等隱性故障初期無明顯工藝波動，人工巡檢僅靠聽音測溫，無法捕捉高頻沖擊、pV 曲線畸變、活塞桿偏移等早期特征；一旦故障惡化，會引發撞缸、介質大量泄漏、起火爆炸、全線非計劃停工，單次停機直接造成百萬級產能損失與安全環保追責。

當前行業痛點：

l 僅依靠 DCS 基礎壓力、溫度測點，無振動、位移、缸內動態壓力專項在線監測，故障預警滯后；

l 成套往復機在線監測系統硬件、施工、平臺集成成本，批量機組投入壓力大；

l 人工定點巡檢間隔長、數據無連續趨勢，夜間、節假日故障無法時間發現；

l 無分層監測邏輯，增壓主壓縮機與輔助空氣壓縮機采用同一監測標準，資源浪費或監測不足。

本方案延續機泵群分層分級、高低搭配、防爆本安、PLC 直連 + 邊緣計算技術路線，以7×24h 不間斷在線監測為核心，區分一級高危工藝往復壓縮機、二級通用輔助往復空壓機兩套在線硬件配置，搭配便攜診斷設備復核校驗，實現全機組全天候狀態可控、故障提前預警、報警閉環處置，兼顧安全合規與項目經濟性。

往復壓縮機標準測點布置圖

1.2 適用范圍

適用于石油石化廠區所有往復式壓縮機：加氫高壓往復機、天然氣增壓壓縮機、乙烯 / 合成氣工藝壓縮機、污水沼氣壓縮機、儀表空氣往復空壓機；覆蓋煉化裝置區、氫提純單元、罐區增壓站、動力空壓站；適配老舊機組在線改造、新建裝置成套配套、現有 DCS/PLC 系統擴容升級場景。

1.3 核心設計原則

(1) 24h 在線不間斷監測優先：核心機組全測點實時采集、中控實時彈窗報警，無監測空檔，杜絕夜間無人值守盲區；

(2) 防爆安全合規：全部感知設備 Ex ia IIC T4 本安防爆，適配石化 1 區、2 區爆炸危險區域，滿足安監、環保核查標準；

(3) 分層差異化在線配置：高危工藝壓縮機高配全維度在線監測，輔助空壓機輕量化在線組網，嚴控整體投入；

(4) 兼容現有控制系統：4-20mA 模擬量直連廠區 PLC/DCS，邊緣網關 Modbus TCP 對接中控平臺，無需全新搭建獨立監控系統；

(5) 故障全維度識別：融合振動、沖擊脈沖、活塞桿位移、缸內動態壓力、多點位溫度、鍵相時序多參數聯合分析，區分工藝波動與機械本體故障，降低誤報警；

(6) 可落地閉環運維：標準化安裝、一鍵標定、分級報警處置流程，運維人員簡單培訓即可完成日常管理。

(7) 二、往復壓縮機運行價值與故障全鏈路影響

(8) 2.1 機組穩定運行對石化生產的核心意義

往復壓縮機是高壓化工工藝的 “動力心臟"：加氫裝置依靠高壓往復機實現油品加氫精制、天然氣壓縮機保障外輸管網壓力、合成氣壓縮機支撐化工合成反應，機組連續穩定是裝置滿負荷運行的硬性前提。

· 一級高危工藝壓縮機停機：整套主裝置緊急泄壓停工，上下游工序物料全線中斷；

· 二級空壓機故障：儀表風中斷，全廠調節閥、緊急切斷閥失控，觸發全廠安全聯鎖。

2.2 典型故障及 24h 在線監測缺失帶來的風險

往復壓縮機分為機械類故障、熱力氣路故障兩大類，隱性故障持續發展會逐級放大風險：

(1) 氣閥 / 活塞環泄漏（熱力故障）：吸氣 / 排氣閥片斷裂、活塞環磨損，缸內 pV 曲線畸變、閥溫異常升高，介質內漏導致能耗飆升、壓縮效率下降，長期運行引發氣缸過熱、介質爆燃；人工巡檢無法捕捉微小泄漏，僅在線缸內壓力 + 閥溫組合監測可提前 3~6 個月預警。

(2) 活塞桿下沉 / 偏移（核心機械故障）：支撐環、填料磨損，活塞桿水平 / 垂直位移超標，極易發生拉缸、活塞桿斷裂、劇毒高壓介質噴射泄漏，屬于重大安全隱患，必須電渦流位移傳感器 24h 連續監測曲軸相位下的活塞桿軌跡。

(3) 十字頭 / 大小頭軸瓦磨損：低頻振動 + 溫度緩慢漂移，沖擊脈沖信號持續增大，未及時處置會出現抱軸、曲軸拉傷，大修周期延長至 7~15 天。

(4) 氣缸帶液、撞缸：缸內液體沖擊產生高頻瞬時振動峰值，瞬時沖擊可直接擊碎氣缸、閥組，在線加速度高頻采集可毫秒級捕捉沖擊信號，觸發緊急降負荷聯鎖。

(5) 底座 / 機身松動、共振：低頻振動持續超標，管線焊縫疲勞開裂，可燃介質泄漏起火。

(6) 潤滑、冷卻失效：軸承、填料函溫度持續爬升，在線多點位 PT100 測溫實時追蹤溫升趨勢。

(7) 無 24h 在線監測的直接損失：故障夜間突發無人預警，從小型磨損演變為重大設備損毀 + 安全事故；非計劃停工產能損失、備件大修成本、環保處罰三重疊加。

三、現有監測模式痛點與本方案 24h 在線優化思路

3.1 傳統監測核心短板

1) 人工巡檢間斷性：每日 1~2 次點檢，夜間、凌晨、節假日無監測，故障爆發無預警窗口；僅靠手感、聽音，無連續數據趨勢，微小漂移無法識別。

2) 原廠 DCS 監測維度單一：僅采集進出口壓力、介質總溫，缺失氣缸振動、活塞桿位移、閥組溫度、缸內動態壓力等故障特征參數，只能發現失效故障，無提前預判能力。

3) 統一配置成本失衡：所有壓縮機部署多通道在線采集站，空壓站數十臺輔助空壓機過度投入；僅核心機組部署、輔助機組零監測則存在大面積安全盲區。

4) 數據無法時序聯動：無曲軸鍵相同步信號，無法繪制 pV 示功圖，難以區分是工藝負荷波動還是設備本體故障，誤報警頻發。

3.2 分層 24h 在線監測差異化方案邏輯

按照機組工藝風險等級劃分為一級高危工藝往復壓縮機、二級通用輔助往復空壓機，全部實現全天候在線不間斷采集，僅硬件配置、測點密度、聯鎖邏輯區分，搭配便攜設備完成月度校驗、異常深度診斷，延續森瑟統一設備型號體系：

①　一級高危工藝壓縮機（加氫 / 天然氣 / 合成氣高壓機組） 全維度高配在線監測：311V 防爆振溫一體化變送器（4-20mA 直連 PLC）+ 電渦流活塞桿位移傳感器 + 缸內動態壓力變送器 + 多通道 IN-VCM 邊緣采集網關 + 鍵相傳感器，實現振動、沖擊脈沖、活塞桿軌跡、缸內 pV 曲線、多點溫度 7×24h 同步采集，支持危險閾值觸發自動降負荷 / 緊急停機聯鎖，中控實時聲光彈窗報警。

②　二級通用輔助往復空壓機（儀表空氣、低壓沼氣壓縮機） 輕量化低成本在線組網：314A 低成本防爆振溫傳感器批量部署 + IN-VCM 多通道邊緣網關，采集機身、軸承座振動 + 溫度，24h 連續趨勢分析，異常數據主動上傳中控，無停機硬聯鎖，僅預警提醒，大幅降低單臺機組硬件投入。

③　全廠統一配套便攜診斷設備：IN-91 手持振動儀（日常巡檢校驗在線傳感器精度）、VT280 便攜頻譜分析儀（在線報警后現場頻譜、沖擊脈沖深度診斷，定位故障根源）。

四、全套在線監測硬件選型（防爆本安、森瑟標準化型號）

所有設備適配石化高溫、腐蝕、易燃易爆工況，防護等級 IP67，316L 不銹鋼外殼，支持 7×24h 長期連續穩定運行。

4.1 一級高危壓縮機專用在線監測硬件（全維度 24h 不間斷采集）

（1）311AT 防爆振溫一體化變送器（核心機械振動監測）

· 防爆等級 Ex ia IIC T4，配合智能網關IN-VCM集成振動速度有效值 + PT100 測溫雙采集；

· 兩路獨立電壓模擬量輸出，振動、溫度信號分別直連廠區模擬量模塊；

· 頻率覆蓋 0.5Hz~13kHz，同步捕捉低頻機身松動、高頻軸承 / 氣閥沖擊脈沖；

· 部署點位：曲軸主軸承座、十字頭滑道箱體、氣缸缸蓋、電機驅動端軸承座；

· 功能：24h 實時輸出振動、溫度數值，智能網關IN-VCM內設置三級報警閾值（預警 / 超標 / 危險聯鎖），超標立即觸發中控聲光報警。

（2）電渦流活塞桿位移傳感器（專屬安全監測）

· 本安防爆，非接觸式連續采集活塞桿水平、垂直雙向偏移量；

· 搭配 IN-VCM 網關同步鍵相信號，繪制曲軸每一轉活塞桿運行軌跡圓；

· 精準識別支撐環磨損、活塞桿彎曲、填料間隙超標，位移達到危險值聯動 PLC 降負荷；

· 單氣缸配套 2 套（水平 + 垂直測點），高壓往復機兩側氣缸全覆蓋。

（3）缸內動態壓力變送器 + 鍵相傳感器（熱力故障核心監測）

· 高頻壓力變送器毫秒級采集缸內周期性壓力，搭配曲軸鍵相時序信號，網關邊緣計算生成實時 pV 示功圖；

· 自動計算壓縮比、閥泄漏特征值、活塞環損耗系數，24h 持續對比標準示功曲線，識別氣閥內漏、帶液、活塞環失效；

· 鍵相傳感器同步所有測點時序，消除負荷波動帶來的誤報警。

（4）IN-VCM 防爆邊緣采集網關（一級機組數據中樞）

· 多通道接入：兼容 4-20mA 模擬量、RS485 位移 / 壓力傳感器、鍵相脈沖信號；

· 7×24h 邊緣計算、原始波形本地存儲（本地緩存 30 天故障數據，PLC 信號中斷不丟失記錄）；

· 雙通訊輸出：4-20mA 硬接線直送 PLC 報警、Modbus TCP 無線 / 有線對接中控監測平臺；

· 內置故障特征算法，自動篩選異常波形、壓縮上傳趨勢數據，降低中控服務器負載。

4.2 二級輔助空壓機輕量化在線硬件（低成本全覆蓋 24h 監測）

314A 低成本防爆振溫傳感器 + IN-VCM 邊緣網關批量組網

· 314A 體積小巧、安裝無需打孔，螺紋固定于軸承座、氣缸側壁；

· 一體化采集振動、溫度，RS485 總線多節點串聯，單臺 IN-VCM 網關可接入 32 臺傳感器；

· 網關 24h 不間斷輪詢采集所有空壓機數據，自動生成日 / 周振動溫度趨勢曲線；

· 僅上傳預警信號至 PLC，無緊急停機硬聯鎖，適合低壓、低工藝風險機組，整套硬件成本僅為變送器方案 35%。

4.3 配套便攜校驗診斷設備（在線系統輔助閉環）

1. IN-91 手持振動儀：每日現場點檢，對比在線傳感器數值，校驗數據精度，留存紙質 / 電子巡檢臺賬，中控遠程無法現場復核的短板；

2. VT280 便攜振動分析儀：在線系統發出預警后，運維人員攜帶至現場，采集高頻頻譜、沖擊脈沖、時域波形，精準區分氣閥損壞、軸瓦磨損、底座松動等故障類型，出具檢修判定依據，支撐計劃性停機維修。

五、分層 24 小時在線監測部署實施方案（標準化可落地）

5.1 機組分級劃分標準

一級高危工藝往復壓縮機（全維度在線 + 停機聯鎖）

加氫高壓壓縮機、天然氣外輸增壓機、乙烯 / 合成氣高壓壓縮機、劇毒介質往復壓縮機；介質含 H?、H?S、甲烷、芳烴，故障可引發爆炸、大面積介質泄漏、主裝置全線停工。

二級通用輔助往復空壓機（輕量化在線，僅預警無聯鎖）

儀表空氣壓縮機、低壓沼氣壓縮機、循環水低壓增壓往復機；僅影響輔助系統，無重大爆炸泄漏風險。

5.2 分步落地實施流程（保障快速上線 24h 在線監測）

步：現場摸排、測點臺賬編制（1~3 個工作日）

工藝、設備、自控三方聯合摸排每臺壓縮機：氣缸數量、曲軸結構、介質壓力 / 毒性等級、PLC 預留模擬量通道、防爆區域劃分； 編制《往復壓縮機在線監測點位部署清單》，明確：變送器 / 傳感器安裝位置、網關防爆機柜布置、4-20mA 線纜走向、鍵相齒盤安裝方案、PLC 報警點位地址。

第二步：防爆硬件批量安裝布線（3~8 個工作日，按機組數量調整）

1) 一級高危壓縮機施工

2) 曲軸軸承、十字頭、氣缸蓋剛性打孔，螺紋固定 311V 振溫變送器，獨立屏蔽防爆線纜敷設至 PLC 柜；

3) 氣缸填料函外側安裝電渦流位移傳感器，缸蓋預留接口安裝動態壓力變送器，曲軸飛輪加裝鍵相齒盤與傳感器；

4) 防爆區域就近安裝 IN-VCM 隔爆網關機柜，完成所有測點接線、信號隔離柵配套，滿足本安防爆規范。

5) 二級輔助空壓機施工

6) 批量安裝 314A 振溫傳感器，RS485 總線串聯布線，空壓站集中部署 1 臺 IN-VCM 網關統一采集全站機組數據，減少布線工程量。

7) 班組配發 IN-91、VT280 便攜設備，完成設備初始化校準。

第三步：系統聯調、參數閾值標定（2 個工作日）

1. 在線測點單通道信號測試，消除強電、變頻器干擾，保證 7×24h 數據傳輸無斷連；

2. 一級機組按介質壓力、負荷工況差異化設置三級報警閾值：

o 一級預警（輕微異常）：振動 / 位移接近標準閾值，僅中控彈窗提示；

o 二級預警（中度超標）：聲光報警，推送消息至設備主管；

o 三級危險（重度故障）：自動聯鎖機組降負荷 / 緊急停機，同步推送全廠設備管理系統；

3. 網關 pV 示功圖算法標定，錄入機組額定工況標準壓力曲線，自適應不同負荷自動修正報警門限，規避工藝波動誤報；

4. 二級空壓機統一通用報警閾值，僅推送預警信號，不配置停機聯鎖。

第四步：運維培訓、24h 值守制度落地（1 個工作日）

培訓內容覆蓋：在線監測系統中控查看操作、報警分級處置流程、傳感器日常檢查、IN-VCM 網關基礎維護、VT280 故障頻譜診斷；明確中控班組24 小時專人值守制度，杜絕夜間監測空檔。

5.3 7×24 小時不間斷在線監測執行規范

（1）中控常態化在線值守（全天候無間斷）

· 一級高危壓縮機：PLC/DCS 實時刷新振動、溫度、活塞桿位移、缸內壓力數值，趨勢曲線連續存儲，三級報警實時彈窗、聲光提示、手機端同步推送；夜間中控值班人員每小時瀏覽一次所有高危機組狀態曲線；

· 二級空壓機：IN-VCM 網關自動輪詢采集，每 15min 上傳一次趨勢快照，僅異常時主動推送預警，無異常不占用中控操作資源。

（2）每日現場點檢（輔助校驗在線系統）

運維班組每日使用 IN-91 手持儀復測所有壓縮機在線測點，對比中控在線數值，校驗傳感器零點漂移、接線松動問題，形成點檢臺賬，確保 24h 在線數據真實可靠。

（3）預警故障精準診斷（1h 內到場處置）

在線系統觸發任意等級預警，運維人員 1 小時內攜帶 VT280 便攜分析儀到場，采集高頻沖擊、頻譜、pV 曲線，定位故障部位、評估劣化速度，制定維修計劃。

（4）月度系統全面校驗（保障長期穩定在線）

每月停機窗口期，對所有在線變送器、位移、壓力傳感器精度校準；網關導出全月 24h 連續監測數據，編制《往復壓縮機月度健康分析報告》，預判軸承、氣閥、活塞環剩余使用壽命。

六、24h 在線監測三級預警閉環處置機制

依托不間斷在線數據，建立 “在線監測自動預警→現場精準診斷→分級處置→檢修后復測復盤" 完整閉環，區分三級故障響應標準：

6.1 一級輕微預警（僅趨勢漂移，無即時風險）

觸發條件：振動 / 活塞桿位移 / 閥溫接近閾值，無瞬時沖擊、缸內 pV 曲線無畸變，工藝參數穩定。 處置流程：中控記錄預警臺賬，運維班組加密每日點檢頻次，VT280 每周復測一次跟蹤劣化趨勢，無需停機，持續 24h 在線觀察，每月復盤狀態變化。

6.2 二級中度預警（參數超標，存在漸進損壞風險）

觸發條件：振動、溫度、活塞桿位移持續超標，氣閥出現輕微泄漏特征，無撞缸、介質泄漏風險，機組可短期穩定運行。 處置流程：1h 內現場頻譜診斷，明確故障類型（氣閥輕微磨損、支撐環間隙擴大、軸瓦輕微點蝕）；利用裝置月度 / 季度計劃性停工窗口開展維修；維修完成后在線系統連續 24h 監測驗證，數據恢復正常方可解除預警臺賬。

6.3 三級重度危險預警（重大安全隱患，必須緊急處置）

觸發條件：振動瞬時沖擊峰值超限、活塞桿位移達到危險區間、缸內帶液沖擊、填料函溫度快速飆升、介質泄漏趨勢。 處置流程：PLC 自動執行聯鎖降負荷 / 緊急停機，中控時間上報設備、安全管理部門；現場隔離進出口高壓介質管線，排查故障根源；搶修完成后全測點在線連續監測 72 小時，24h 數據無異常方可恢復滿負荷運行，同步形成故障專項復盤報告。

七、方案核心優勢與落地價值

7.1 成本控制優勢

延續分層配置低成本思路，相比全廠全部部署多通道在線采集站方案，整體投入僅為傳統方案 30%~40%：

1. 一級高危機組復用廠區現有 PLC/DCS 系統，無需新建獨立監控平臺，省去平臺軟件、服務器采購成本；

2. 二級空壓機采用 314A 傳感器 + 網關輕量化組網，單臺硬件、施工成本下降 60%；

3. IN-VCM 網關本地邊緣計算，減少中控服務器高頻數據存儲壓力，降低年度運維帶寬、存儲成本；

4. 便攜設備全廠機組通用，無設備冗余重復采購。

7.2 24h 不間斷在線監測核心落地價值

1. 消除全天候安全監測盲區：7×24h 無間斷自動采集，覆蓋夜間、節假日、無人值守時段，延遲預警，杜絕突發爆炸、介質泄漏重大安全事故，滿足石化高危設備安監強制管理要求。

2. 由事后搶修升級預測性維護：連續在線趨勢數據可提前 3~6 個月識別氣閥、軸承、活塞桿早期磨損，精準預判檢修窗口期，消除非計劃停機，大幅減少產能損失、大修備件費用。

3. 全維度參數聯合診斷，降低誤報警：振動 + 溫度 + 活塞桿位移 + 缸內 pV 曲線 + 鍵相時序多參數聯動分析，自動區分工藝負荷波動與設備機械故障，解決單一溫度 / 壓力測點誤報頻繁的痛點。

4. 全覆蓋無監測空白：高危壓縮機高配全維度在線、輔助空壓機輕量化在線組網，全廠所有往復壓縮機實現 24h 狀態可查、數據可追溯、風險可控。

5. 老舊裝置改造適配性強：無需大規模改動機組本體、現有自控系統，傳感器僅螺紋固定、屏蔽線纜簡易敷設，施工周期短、不影響裝置正常生產。

6. 完整標準化運維體系：在線中控值守 + 每日手持點檢 + 月度校驗復盤 + 故障分級閉環，形成可長期落地的設備智能運維管理制度，降低對振動診斷專家的依賴。

八、方案總結

石油石化往復式壓縮機作為高壓高危核心動設備，傳統間斷人工巡檢、單一 DCS 參數監測無法滿足連續安全生產需求，夜間故障預警缺失是廠區重大安全隱患。 本方案承接森瑟機泵群、高危泵分層監測技術體系，以7×24 小時不間斷在線監測為核心目標，針對一級高危工藝往復壓縮機配置 311V 防爆振溫變送器、電渦流位移、缸內動態壓力 + IN-VCM 邊緣網關全維度在線聯鎖監測；針對二級輔助空壓機采用 314A 低成本傳感器輕量化在線組網，搭配 IN-91 手持儀、VT280 便攜分析儀完成校驗與深度故障診斷。 方案兼顧全天候在線、防爆安全、低成本全覆蓋、PLC 原生兼容、故障精準識別五大核心能力，通過標準化測點部署、24h 中控值守規范、三級預警閉環處置機制，實現往復壓縮機從 “故障搶修" 向 “提前預測、全程在線看護" 轉型，全面提升石化高壓機組智能化運維水平，筑牢連續化生產安全底線，為企業降本增效、安全合規提供完整落地解決方案。

配套關聯方案參考

1. 《石油石化機泵群低成本分層監測實施方案》

2.《石油石化高危泵專項低成本分層監測方案》

3. 《機械設備狀態監測中的在線油液品質監測的意義及產品應用推薦》

4. 《森瑟科技壓力傳感器在石油行業上的應用》