DPC800 壓縮機意外停機故障診斷方法研究

馬 云，趙偉軍，李紅旗，矯千禮

（1.中國石油吐哈油田公司物資保障中心，新疆鄯善 838202；2.中國石油吐哈油田公司鄯善管理區，新疆鄯善 838202）

0 引言

吐哈油田公司共有4 臺美國庫柏公司生產的DPC800 大型天然氣壓縮機組，機組功率630 kW，轉速250～400 r/min，該機組動力端和壓縮機端為對置直列式，4 個動力缸構成的動力系統為二沖程發動機，壓縮端共有3 個壓縮缸，壓縮為兩級壓縮，控制系統采用Altronic 公司的DE2200 單板機控制系統[1]。DPC800 壓縮機意外停機即無故障停機，停機無任何故障代碼和表象，故障診斷無從下手，造成的盲目檢查時間長，故障點無法確認。因此，系統研究意外停機的邏輯關系，建立科學的故障診斷方法可大幅提高DPC800 壓縮機維護保養質量和故障診斷效率。

1 故障診斷方法

1.1 故障分析

DPC800 壓縮機組正常運行的條件有7 個：①燃燒室有足夠的混合氣壓縮壓力；②機組運行過程的負荷因小于額定負荷；③一定范圍內的空燃比；④燃氣切斷閥運行過程的狀態保持；⑤機組能夠按照人機界面設置的轉速運轉且轉速波動小于5 r/min；⑥提供足夠的點火能量；⑦控制系統CPU（Central Processing Unit，中央處理器）工作正常，接線正確，無虛接和斷路，供電電壓穩定，儀表電器無故障。因此，導致DPC800 壓縮機組意外停機的歸納為以下兩種可能事件，一種是機械系統故障，另外一種是控制系統故障。

意外停機應檢查機械和控制系統包含活塞連桿機構、注氣機構、進氣機構和機體，控制系統包含DE2200 系統、磁電機系統、點火系統、燃氣切斷控系統和燃氣調節系統。

1.2 故障診斷模型

FAT（Fault Tree Analysis，故障樹分析法）是安全系統工程的重要分析方法，建立FTD 故障樹是故障分析的基礎，可以直觀地表達對應的故障處理邏輯，并通過部分事件串聯起來表達整體故障狀態[2]。為了能準確記錄故障表象與根本原因之間的邏輯關系并提高診斷系統推理匹配速度，按照意外停機故障產生規則構建意外停機知識庫模型（圖1）。

圖1 意外停機故障樹

1.3 故障排除流程

（1）檢查缸壓。動力端活塞環、支撐環過度磨損造成燃燒室和活塞的密封性下降，會造成燃氣燃燒爆發力不足的問題。盤車階段使用缸壓表測量缸壓，正常缸壓在140 psi（0.965 MPa）。

（2）檢查負荷。機組進氣量瞬時增加也可引起機組停機，日常維護注意進氣量的調整。

（3）檢查空燃比系統。一定范圍的空燃比是機組正常運行的關鍵，空燃比較大可造成動力不足，表象為缸溫低、轉速波動大（DPC800 動力缸加載溫度應調節在270～340 ℃）；而空燃比過低、燃燒不充分也可造成動力不足，進氣濾芯若長時間未保養導致進氣阻力大可造成空燃比降低，表象為動力不足。對于燃氣供應系統而言，燃氣壓力調壓后必須大于0.3 MPa，否則燃氣量過少也可造成機組轉速波動大和機組停機。注氣閥是調節空燃比的關鍵部件，其發生故障可能造成空燃比失調，是意外停機的因素之一。

（4）檢查點火系統。點火系統故障在DPC800 機組故障中占比較高，因此也成為意外停機的重點檢查對象。DPC800 機組AltronicIII 磁電機點火系統按照曲軸相位發送4 個缸的點火信號，點火系統檢查包括磁電機、信號分配箱、低壓導線、高壓線圈、高壓導線、火花塞。

第一步：磁電機檢查，包括二極管正向電阻和反向通斷、電容的容量測試。

第二步：點火線束檢查。檢查時斷開火花塞接地線，使用拖拽方式檢查信號線絕緣。同理測量線束、高壓線圈兩端通斷。

第三步：火花塞檢查。檢查并清理絕緣體和電極積碳、黑色物質。火花塞擊穿或間隙過大也是點火不暢的重要原因，塞尺測量火花塞間隙，間隙不得超過6.5 mm。此外火花塞積碳和油污火花塞以外的故障可在機組盤車或運轉階段使用正時燈判定。

第四步：緊急停機線檢查。AltronicIII 磁電機G 線為緊急停機線，日常維護過程檢查范圍包括端子接線盒使用搖表檢查該線絕緣電阻。

第五步：點火提前角的檢查。發動機過度爆震將降低發動機功率，合適的點火提前角可提升功率和減少油耗，點火提前角檢查應將動力缸1 缸盤車至壓縮上沖程，通過磁電機調整點火提前角，角度范圍9°～12°。

（5）檢查調速控制器。IGBT 調速控制器根據DE2200 系統設定的轉速，通過對比1～5 V 控制信號和轉速傳感器的轉速脈沖，控制致動電動機和碟片開度，從而實現調節發動機燃氣壓力（圖2）。[3]調速控制器的磁電式感應器用于檢測發動機轉速脈沖信號，正常電阻1100 Ω，其間隙過大或油污厚過多易造成轉速信號失真，因此間隙不得超過2.1 mm。此外，調速控制器供電電壓過低或瞬時無電壓、DE2200 系統的轉速電壓信號線接地等，也是造成蝶閥關閉的因素之一，因此應檢查電壓和信號線絕緣。

圖2 調速控制原理

（6）檢查控制系統。DE2200 控制系統包括信號采集輸出板卡、接線端子、供電系統等構成。CPU 死機或采集板、開關線路松動、虛接、斷路等，易造成轉速控制或磁電機緊急停機和切斷閥信號誤動作，是造成機組意外停機的因素之一，應對以上環節進行檢查。控制柜內儀表儀器和DE2200 系統供電為標準的24 V 供電，可使用多用表測量和確認直流電壓。

2 結束語

DPC800 壓縮機組意外停機的原因是多方面的，應結合故障診斷方法和觀察停機前的機組參數、癥狀查找故障原因，只有在判定故障和排除故障后，方可重新啟動機組。此外預防性維修工作也是確保機組正常運轉的重要措施。