對天然氣壓縮機全面故障管理的研究

馬科篤 潘 何 吳 靜 馮澤江 張 翼

作者通聯(lián)：中國石油西南油氣田公司裝備處 成都市府青路一段五號 610051

E-mail：makedu@petrochina.com.cn

一、引言

往復式壓縮機在西南油氣田天然氣采輸增壓生產工藝中應用廣泛，目前總量已達300余臺，裝機功率超過10萬kW。如何處理大批量同類天然氣壓縮機（以下簡稱壓縮機）故障，有效降低生產影響，是設備運行管理的重點和難點，公司在長期的實踐中，探索出一套行之有效的全面故障管理方法。

二、對全面故障管理的認識

1.含義

全面故障管理是指對故障部位、現(xiàn)象、程度、發(fā)生時間、頻率、原因等要素進行全面有效監(jiān)督、控制、分析、研究，并采取相應對策消除故障的技術管理行為。公司原來的壓縮機故障管理主要是對具體故障的分析與處理，忽視了長期積累故障的層級分析與研究。按照全面故障管理理論，不但要對每臺壓縮機具體故障分析，查明故障原因，采取處理措施，同時還必須對企業(yè)所有壓縮機的故障基本狀況、主要問題及發(fā)展趨勢等做全面剖析，找到管理中的薄弱環(huán)節(jié)，并采取針對性措施預防或減少故障。實施壓縮機全面故障管理立足于對公司業(yè)務范圍機組故障的全面掌握和分析，注重的是對壓縮機某時段故障的規(guī)律性、代表性和趨勢方向，它有別于單一故障處理時強調的可靠性和及時性。

表1 壓縮機故障系統(tǒng)化管理程序與內容

2.開展研究的必要性

（1）提高故障處理水平，保障壓縮機可靠性。公司壓縮機的現(xiàn)狀是機組分散且機型較多，相關人員年輕化且技術管理基礎薄弱，運行維修以外委模式為主，這些都不利于壓縮機故障處理水平的提高。通過對全面故障管理研究，預期發(fā)現(xiàn)同類問題在不同人員、機組、外委維修商方面的差異，取長補短，提高機組的連續(xù)運行能力。

（2）適應機組規(guī)模增加、選型變化的生產現(xiàn)場管理需要。近年來公司壓縮機組規(guī)模年增10%以上，且分散于川渝山區(qū)，相對一般的廠內設備管理難度大；公司從1983年起應用壓縮機，按故障“浴盆曲線”進入耗損故障期機組已達30%，故障相應增多；近年新增分體式壓縮機較多，其發(fā)動機具有系統(tǒng)復雜、轉速高、排量大的特性，使故障頻率、處理難度和對生產影響加大。在壓縮機全面故障管理研究中，將散亂的機組技術信息統(tǒng)一分析，為現(xiàn)場技術管理提供依據，可找出典型問題并制定針對性解決措施。

（3）降低運維成本，提高企業(yè)經濟效益。公司天然氣生產對壓縮機的依賴性逐年增強，其運行性能優(yōu)劣直接影響著公司生產任務的完成。調研發(fā)現(xiàn)不同單位同類型壓縮機平均故障間隔期MTBF存在從幾百小時到幾千小時的差異，深入分析應大有降低故障頻率的空間。通過全面故障管理應找出并解決機組典型故障，在提高機組MTBF、增加天然氣生產能力的同時，起到降本增效的作用。

三、壓縮機全面故障管理方案

自2008年以來以全面故障管理八步法為基礎，對公司大批量壓縮機開展故障系統(tǒng)化管理研究，現(xiàn)已完善為表1所示信息收集、故障分析、故障處理、技措跟蹤4個層次的技術方案，現(xiàn)對方案的創(chuàng)新點逐一闡述。

1.單一故障分析

是對具體某臺機組故障的分析，一般情況下以故障信息記錄為據即可。在某些故障原因難以直接得出時，可利用PM分析法、FTA分析法或分步分析法等做深入剖析，如因泄漏、潤滑導致的RTY500壓縮機十字頭組件頻繁燒損故障。

2.分類故障分析

是壓縮機系統(tǒng)化管理的核心內容，經幾年探索完善為故障部位、類型、原因和專項分析等。

（1）故障類型：是指造成某一故障事件時零部件的主要失效性質，由表2的15項組成。首先將機組分為機械部件和儀控系統(tǒng)，其中機械部件按結構損傷與狀態(tài)劣化性質進行了細分，另外結合天然氣含硫特點又細化出腐蝕、泄漏和潤滑類故障。

表2 壓縮機故障類型劃分表

（2）故障原因：是指造成故障發(fā)生的深層次因素，共分為設計、制造、操作、維護、選型、安裝調試和運行環(huán)境等7項。與故障類型相比，它反映的是引起故障的管理不當、技術不到位等間接因素，而故障類型則從故障現(xiàn)象可直接得出。

（3）專項分析：公司應用了各時期大量的壓縮機，為開展表2的3種專項分析創(chuàng)造了基礎條件。實踐證明長期跟蹤分析不同型號、廠家、投產時間機組，可為新增機組選型配套和各項技術研究提供工程依據。

3.指標評價分析

壓縮機故障系統(tǒng)化管理的目的在于降低故障，提高機組可靠性，減少生產影響，因此需要一些量化指標對故障管理的效果進行評價，詳見表1。MTBF反映了某段時間某臺壓縮機的連續(xù)運行能力，經離散數據擬合后還可用于同類機組的平均運行能力評價。故障頻率F是對單臺壓縮機平均故障概率的量化。單機故障產量影響E反映了故障對天然氣生產的直接影響，單次故障換件費用C則是故障維修成本的量化。

四、方案應用

2008年以來，上述方案已在公司300余臺壓縮機1700多次故障上實際應用，對掌握機組技術狀況和故障趨勢，降低故障率，提高經濟效益起到了積極作用。

1.信息收集方面

（1）通過基本信息分析，一方面發(fā)現(xiàn)公司壓縮機主要驅動功率在300kW左右（約35%），且以燃氣驅動為主（約88%）；另一方面公司運行后期壓縮機增多至近100臺，近年新增機組每年達10%以上，都可能是機組故障頻次增長的主要因素。

（2）由于摸清了機組技術狀況，使立項開展壓縮機針對性研究成為可能，先后開展了運行后期機組安全使用評價技術研究，對近年大量新增大功率分體機組的潛在影響研究等科研項目。

（3）大量故障信息匯集形成了公司壓縮機故障數據庫，可供專業(yè)技術人員學習和具體故障處理時借鑒，是寶貴的無形資源。

2.故障分析方面

（1）掌握了如表3的公司壓縮機故障發(fā)展趨勢和單機故障對產量的影響趨勢，單機故障頻率開始明顯下降，但單機故障對產量影響呈增大趨勢。

表3 壓縮機故障與產量影響趨勢

（2）通過分類故障分析發(fā)現(xiàn)，近4年來儀控系統(tǒng)、混合閥和氣閥均為故障前三位，是故障降低應努力的重點方向，見表4。為此分別制定專項方案。在2010年實施后，已先后取得混合閥、氣閥故障次數下降的成效。斷裂、磨損、老化是高發(fā)故障類型，因與故障部位結論相似，不再贅述。

表4 壓縮機高發(fā)故障部次/（%）

（3）專項分析表明新投產機組故障頻率較老機組高，但在堵住了廠內監(jiān)造和試車環(huán)節(jié)漏洞后故障頻率已由2008年的3.57次/臺降為2011年的2.87次/臺。另外，還總結出有代表性的幾種類型機組故障率：2011年度美國DPC機組、國產ZTY機組和RTY分體機組故障頻率依次升高，分別為1.58、1.88和2.06次/臺。

3.故障處理方面

（1）因系統(tǒng)化管理使典型問題得以暴露，相應技術措施的跟進成為必然，如對RTY500分體機十字頭組件頻繁故障分析后將中體由A型改進為B型，RTY400分體機聯(lián)軸器故障分析后明確了橡膠聯(lián)軸器適應性差等。

（2）針對燃氣進氣混合閥的性能對比試驗和結合氣質的專用氣閥設計等專項方案，在故障系統(tǒng)化管理中陸續(xù)實施，為降低同類高發(fā)故障打下了基礎。

五、取得的效果

對壓縮機故障系統(tǒng)化管理研究是設備精細化管理的體現(xiàn)，經過幾年的實踐，2011年末的評價指標相對上年已全面好轉，為公司帶來過百萬的經濟效益。平均MTBF為1100h，提高22%，單機故障頻率F為1.71次/臺，下降19%，單機故障換件費用C為1.44萬元/次，下降12%?？梢姽緣嚎s機故障系統(tǒng)化管理起到了降低故障、減少對生產影響和降本增效作用。

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