Der 3500/72M Reciprocating Rod Position Monitor ist ein 4-Kanal-Überwachungsmodul im Rahmen des 3500 Machinery Protection System, das speziell für den Schutz kritischer Komponenten in Kolbenkompressoren entwickelt wurde. Es misst kontinuierlich und präzise sowohl dynamische als auch statische Positionsinformationen der Kolbenstange. Durch den Echtzeitvergleich mit vom Benutzer programmierbaren Alarmsollwerten bietet es eine äußerst frühe Fehlerwarnung und einen Schutz vor gefährlichen Abschaltungen für Geräte, verhindert wirksam katastrophale Ausfälle und erfüllt die strengen Anforderungen der API 618-Standards für Kolbenkompressoren.
Der 3500/72M besteht aus einer festen Frontkarte (176449-08) und drei verschiedenen Arten von Rückkarten (Einzelheiten finden Sie auf der Bestellseite). Die 176449-08 kann in Kombination mit einer der hinteren Karten ein komplettes System bilden.
Dieser Monitor akzeptiert Eingangssignale von Wirbelstrom-Näherungssonden. Durch eine Reihe fortschrittlicher Signalaufbereitungs- und -verarbeitungsschritte extrahiert es bis zu zehn wichtige Messwerte und liefert so eine umfassende Darstellung des Betriebszustands der Kolbenstange. Seine Kanäle sind paarweise programmiert, sodass er bis zu zwei verschiedene Überwachungsfunktionen gleichzeitig ausführen kann. Dies bietet eine flexible Konfiguration zur Anpassung an verschiedene komplexe Überwachungsanforderungen.
Merkmale
Umfassende Überwachungsfunktionen: Ein einzelner Monitor kann gleichzeitig drei Kernfunktionen ausführen: Stangenpositionsüberwachung, Stangenabfallüberwachung und Hyperkompressorüberwachung und bietet so eine vollständige Abdeckung für das Gesundheitsmanagement der Kolbenstangen von Kolbenkompressoren.
Umfangreiche Messparameter: Je nach Konfiguration kann jeder Kanal bis zu über zehn wichtige Messwerte liefern, darunter:
Positionsinformationen: Positionsgröße, Peak-Peak-Amplitude, durchschnittliche/momentane Kolbenposition, Kurbelwinkel.
Lückeninformationen: Lückenspannung, durchschnittliche/momentane Sondenlücke.
Frequenzkomponenten: 1-fache Amplitude, 2-fache Amplitude, nicht 1-fache Amplitude.
Phaseninformationen: Positionswinkel (für gepaarte Kanäle).
Flexible Kanalkonfiguration: Die vier Überwachungskanäle verwenden einen gepaarten Programmiermodus, der eine flexible Konfiguration zur Ausführung von zwei verschiedenen Überwachungsfunktionen ermöglicht (z. B. Kanäle 1 und 2 für die Überwachung der Stabposition, Kanäle 3 und 4 für die Überwachung des Stababfalls), was die Konfigurationsflexibilität und Kosteneffizienz erheblich erhöht.
Hohe Präzision und Zuverlässigkeit: Nutzt fortschrittliche Signalkonditionierungstechnologie und digitale Verarbeitungsalgorithmen. Die typische Genauigkeit für die meisten gemessenen Parameter liegt bei bis zu ±0,33 % FS, und die Genauigkeit der Winkelmessung erreicht ±1°, was die Alarmgenauigkeit und -zuverlässigkeit gewährleistet.
Leistungsstarkes Alarmmanagement: Benutzer können über die 3500-Konfigurationssoftware unabhängig voneinander programmierbare Alarm- und Gefahrensollwerte für jeden Messwert festlegen. Sie verfügt über einstellbare Verzögerungsfunktionen, um Fehlalarme wirksam zu verhindern und einen präzisen Schutz zu erreichen.
Umfassende Diagnose und Ausgaben:
Gepufferte Ausgänge auf der Vorderseite: Jeder Kanal bietet einen unabhängigen gepufferten Sensorsignalausgang für den Anschluss an Oszilloskope für erweiterte Diagnosen.
Rekorderausgänge: Bietet einen 4-20-mA-Analogausgang zur Übertragung ausgewählter Messwerte an ein DCS oder Aufzeichnungssystem.
Statusanzeigen: Die Vorderseite ist mit OK-, TX/RX- und Bypass-LEDs ausgestattet, um den Modulbetrieb und den Kommunikationsstatus in Echtzeit anzuzeigen.
Umfangreiche Zertifizierungen und Kompatibilität: Das Modul und seine I/O-Optionen haben mehrere internationale Explosionsschutzzertifizierungen wie cNRTLus, ATEX und IECEx sowie Sicherheits- und Schifffahrtszertifizierungen wie CE, DNV GL und ABS bestanden und erfüllen die Installationsanforderungen für verschiedene raue Umgebungen weltweit. Sein Design ermöglicht eine nahtlose Integration in das 3500-System und ist mit verschiedenen E/A-Modulen (interne/externe Terminierung, Barriereversionen) kompatibel.
Funktionsprinzip und technische Details
Das Funktionsprinzip des 3500/72M-Monitors basiert auf dem Wirbelstromeffekt. Sein Arbeitsablauf umfasst die präzise Signalerfassung, -aufbereitung und -analyse:
Signalerfassung: Der Monitor versorgt die Wirbelstrom-Näherungssonden, die in der Nähe der Kolbenstange installiert sind, mit Strom. Das von der Sonde erzeugte hochfrequente elektromagnetische Feld induziert Wirbelströme auf der leitenden Oberfläche der Kolbenstange. Diese Wirbelströme reagieren auf die Sondenspule zurück und ihre Intensität ist umgekehrt proportional zum Spalt zwischen Sonde und Staboberfläche. Folglich ist das Ausgangssignal der Sonde ein moduliertes Signal, das sowohl eine DC-Spaltkomponente (Gleichstrom) als auch eine dynamische Verschiebungskomponente AC (Wechselstrom) enthält.
Signalaufbereitung und -trennung: Nach dem Empfang des Sondensignals führt der Monitor die folgenden wichtigen Verarbeitungsschritte durch:
1X/2X-Vektorfilter: Werden verwendet, um Vibrationskomponenten synchron zur Kompressorlaufgeschwindigkeit (1X) und ihrer zweiten Harmonischen (2X) präzise zu extrahieren, mit einer Sperrbandunterdrückung von bis zu 57,7 dB.
Nicht-1X-Notch-Filter: Wird zum Herausfiltern der 1X-Komponente verwendet, um so die verbleibende asynchrone Vibrationsenergie zu erhalten, was bei der Diagnose asynchroner Fehler hilfreich ist. Es bietet eine minimale Sperrbandunterdrückung von 34,9 dB über einen Frequenzbereich von 60 CPM bis zum 15,8-fachen der Laufgeschwindigkeit.
Eingangskonditionierung: Der Eingangskreis ist impedanzangepasst auf 10 kΩ und unterstützt verschiedene Standard-Tastkopfempfindlichkeiten wie 20 mV/mil, 100 mV/mil und 200 mV/mil.
Lückensignalextraktion: Verwendet einen Hochpassfilter mit einer sehr niedrigen Grenzfrequenz (~0,09 Hz), im Wesentlichen einen DC-Blocker, um das sich langsam ändernde durchschnittliche DC-Spannungssignal zu trennen. Diese Spannung ist proportional zur durchschnittlichen Lücke und ist die direkte Grundlage für die Stababfallüberwachung.
Dynamische Signalextraktion: Verwendet einen festen Bandpassfilter (1 Hz – 600 Hz), um das dynamische AC-Signal zur Analyse von Kolbenstangenschwingungen und Positionsänderungen zu extrahieren.
Erweiterte Filteranalyse: Enthält integrierte Constant-Q-Tracking-Filter und Notch-Filter.
Digitale Verarbeitung und Berechnung: Das aufbereitete analoge Signal wird von einem Hochgeschwindigkeits-ADC abgetastet und in ein digitales Signal umgewandelt. Der eingebaute Prozessor führt dann Berechnungen durch, um schließlich alle gemessenen Parameterwerte wie Spitze-zu-Spitze, Vektorwerte, Phasenwinkel usw. zu generieren.
Beurteilung der Alarmlogik: Der Prozessor vergleicht kontinuierlich die generierten Messwerte mit den vom Benutzer über die Software voreingestellten Alarmsollwerten. Sobald ein Parameter den eingestellten Grenzwert überschreitet und die konfigurierte Verzögerungsbedingung erfüllt, gibt der Monitor sofort einen Alarmbefehl über die Rack-Backplane aus und steuert die entsprechenden Relais an, um die Abschaltschutzsequenz zu aktivieren und auszuführen.
Spezifikationen
| der Artikelspezifikation |
Beschreibung |
| Anzahl der Kanäle |
4 Kanäle |
| Eingangssignal |
1 bis 4 Kanäle für Wirbelstrom-Näherungssondensignale |
| Eingangsimpedanz |
10 kΩ |
| Sondenempfindlichkeit |
0,79 mV/µm (20 mV/mil), 3,94 mV/µm (100 mV/mil) oder 7,87 mV/µm (200 mV/mil) |
| Messgenauigkeit |
Typisch ±0,33 % FS, max. ±1 % FS (Position, Lücke usw.); Winkel typisch ±1°, max. ±3° |
| Frequenzgang |
Dynamischer Kanal: 1 Hz – 600 Hz; Lückenkanal: ~0,09 Hz (-3 dB) |
| Alarmverzögerung |
Alarm: Einstellbar 1–60 Sekunden; Gefahr: 0,1 Sekunden (fest) oder einstellbar 1-60 Sekunden |
| Genauigkeit des Alarmsollwerts |
Innerhalb von ±0,13 % des gewünschten Werts |
| Stromverbrauch |
7,7 Watt (typisch) |
| Betriebstemperatur |
Standard-E/A-Modul: -30 °C bis +65 °C; Internes Barriere-E/A-Modul: 0 °C bis +65 °C |
| Modulabmessungen (HxBxT) |
Monitormodul: 241,3 mm x 24,4 mm x 241,8 mm |
| Rack-Platz |
vorderer Steckplatz (Monitor) + 1 hinterer Steckplatz (I/O-Modul) |
| Explosionsgeschützte Zertifizierung |
cNRTLus (CL I, Div. 2), ATEX/IECEx (II 3 G Ex nA/ec nC ic IIC T4 Gc) usw. |
Anwendungsszenarien
Der 3500/72M-Monitor ist eine ideale Wahl für die folgenden Szenarien und Geräte:
Öl- und Gasindustrie: Schutz für Kolbenstangen in großen Kolbenkompressoren, die bei der Erdgasverstärkung, der Begleitgasaufbereitung, der CNG-Komprimierung, der Gaseinspritzung zur Ölförderung usw. eingesetzt werden.
Chemische und petrochemische Industrie: Zustandsüberwachung und Schutz für Hochdruck-Kolbenkompressoren in Prozessen wie der Produktion von Ethylen, Polyethylen, Düngemitteln (Ammoniaksynthese, Harnstoff) und Kohlechemikalien.
Schutz kritischer Geräte: Besonders geeignet für die Überwachung von:
Stangenabfall: Verhindert das Absinken der Kolbenstange und die daraus resultierende Beschädigung des Kreuzkopfs und der Kurbelwelle durch Kolbenringverschleiß, Bruch oder Packungsfehler.
Stangenbiegung und -bruch: Frühzeitige Erkennung von Fehlervorläufern wie Pleuelbuchsenverschleiß, lockeren Querhauptstiften oder Flüssigkeitsschlägen durch Überwachung der Position, Trajektorie und Schwingung.
Stangenfehlausrichtung und -verschleiß: Beurteilt den Ausrichtungszustand und den Verschleißzustand zwischen Kolbenstange und Packung durch Analyse des Positionswinkels und dynamischer Signale.
Hyperkompressor-Anwendungen: Der Überwachungsmodus „Hyperkompressor“ wurde speziell entwickelt, um einen maßgeschneiderten Schutz für Kompressoren zu bieten, die unter extremen Bedingungen arbeiten, wie sie bei der Hochdruck-Polyethylenproduktion verwendet werden.
