壓氣站燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)組滑油系統(tǒng)維護(hù)策略研究

侯大立,周書(shū)仲（中國(guó)石油西氣東輸管道公司,上海　200122）

壓氣站燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)機(jī)組滑油系統(tǒng)維護(hù)策略研究

侯大立,周書(shū)仲
（中國(guó)石油西氣東輸管道公司,上海200122）

摘要：燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組是西氣東輸管線(xiàn)的關(guān)鍵設(shè)備，燃?xì)廨啓C(jī)是一種葉輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力機(jī)械，各種軸承、傳動(dòng)裝置及其附屬設(shè)備離不開(kāi)潤(rùn)滑油的作用，其滑油系統(tǒng)對(duì)機(jī)組的可靠性有著至關(guān)重要的影響。分析研究歷史故障數(shù)據(jù)對(duì)設(shè)備的更換與維護(hù)有著重要的參考指導(dǎo)意義。本文對(duì)某壓氣站燃?xì)廨啓C(jī)滑油系統(tǒng)2009-2011三年的備件使用情況進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)過(guò)濾器濾芯的損壞與折舊是滑油系統(tǒng)的主要故障模式。基于濾芯被更換時(shí)的使用時(shí)間，并根據(jù)Weibull分布開(kāi)發(fā)了濾芯壽命模型，最終為滑油系統(tǒng)的維護(hù)策略制定提供依據(jù)，從而優(yōu)化滑油系統(tǒng)維護(hù)策略，降低了維護(hù)成本和工作量。

關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；滑油系統(tǒng)；濾芯；壽命模型；Weibull分布

1　引言

西氣東輸項(xiàng)目西起塔里木盆地的輪南，東至上海，是目前我國(guó)距離最長(zhǎng)、口徑最大、壓力最高、輸量最大、投資最高的輸氣管道，供氣范圍覆蓋中原、華東、長(zhǎng)江三角洲地區(qū)。輸運(yùn)過(guò)程中長(zhǎng)輸管道中的天然氣壓力會(huì)持續(xù)下降，因此長(zhǎng)距離輸氣管道普遍采用壓縮機(jī)增壓輸送。燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組是西氣東輸壓氣站重要的增壓方式之一。

燃?xì)廨啓C(jī)是一種葉輪高速旋轉(zhuǎn)的動(dòng)力機(jī)械，各種軸承、傳動(dòng)裝置及其附屬設(shè)備離不開(kāi)潤(rùn)滑油的作用，滑油系統(tǒng)的功能是：為燃?xì)廨啓C(jī)和發(fā)電機(jī)的軸承、透平輔助齒輪箱提供數(shù)量充足、溫度和壓力適當(dāng)、清潔的潤(rùn)滑油，以減少摩擦磨損。通過(guò)對(duì)2009-2011三年備件使用情況的統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)在現(xiàn)行的維護(hù)工作中，滑油系統(tǒng)維護(hù)的工作量占很大的比重，“檢修不足”和“檢修過(guò)剩”的情況時(shí)有發(fā)生，探索滑油系統(tǒng)合理的維護(hù)策略，減少維修成本與工作量十分重要。

經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)滑油系統(tǒng)的故障庫(kù)，發(fā)現(xiàn)合成油與礦物油濾芯的更換占據(jù)了備件使用情況的60%以上。于是針對(duì)現(xiàn)有的濾芯故障壽命數(shù)據(jù)，基于Weibull分布建立了濾芯剩余壽命模型。以計(jì)算結(jié)果為依據(jù)，對(duì)濾芯更換提出了相關(guān)維護(hù)建議。

2　滑油系統(tǒng)的組成及歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.1滑油系統(tǒng)簡(jiǎn)介

燃?xì)廨啓C(jī)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)組的滑油系統(tǒng)由兩部分組成：其一是用于潤(rùn)滑燃?xì)獍l(fā)生器的合成油系統(tǒng)。其二是用于潤(rùn)滑高速大功率渦輪和壓縮機(jī)的礦物油系統(tǒng)。

合成潤(rùn)滑油系統(tǒng)用于潤(rùn)滑和冷卻氣體發(fā)生器轉(zhuǎn)子軸承，機(jī)油箱和附屬齒輪箱。一部分潤(rùn)滑油用于變量幾何執(zhí)行機(jī)構(gòu)。合成油控制臺(tái)安在燃?xì)廨啓C(jī)底座上。控制臺(tái)主要組成如下：雙重過(guò)濾器(FL1-1;FL1-2)安裝在氣體發(fā)生器潤(rùn)滑油供應(yīng)裝置上；雙重過(guò)濾器(FL2-1;FL2-2)安裝在通往油箱的管線(xiàn)上；溫度控制閥(TCV)安裝在通往油箱的管線(xiàn)上；減壓閥(PSV)安裝在泵回油輸送管線(xiàn)上；電加熱器(23QT-1)；多個(gè)壓力傳送器。礦物潤(rùn)滑油系統(tǒng)與合成潤(rùn)滑油系統(tǒng)的組成相似。

2.2滑油系統(tǒng)的歷史故障數(shù)據(jù)

滑油系統(tǒng)中的固體微粒主要來(lái)源于：（1）礦物油、合成油的分解后的產(chǎn)物；（2）外部進(jìn)入的污染物；（3）來(lái)自系統(tǒng)內(nèi)部。油路系統(tǒng)中的油管線(xiàn)內(nèi)壁、主油泵等部件處都會(huì)產(chǎn)生鐵屑雜質(zhì)，這些雜質(zhì)隨著潤(rùn)滑油的循環(huán)。

以上固體顆粒流通到上油線(xiàn)的過(guò)濾網(wǎng)處時(shí)，較大的雜質(zhì)顆粒就會(huì)被過(guò)濾網(wǎng)攔截下，附著于過(guò)濾網(wǎng)上，使得過(guò)濾網(wǎng)的流通面積逐漸減小，對(duì)潤(rùn)滑油起到了截流作用，導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)上油量不足。隨著雜質(zhì)在濾網(wǎng)上的積累，濾芯前后的壓差不斷增加，當(dāng)濾芯前后累積壓差達(dá)到一定值，這時(shí)需要對(duì)濾芯進(jìn)行清理或更換。滑油系統(tǒng)最主要的故障來(lái)自過(guò)濾器濾芯的損壞與折舊。

2.3濾芯的備件使用情況

參照近三年來(lái)滑油系統(tǒng)的備品備件使用情況，發(fā)現(xiàn)滑油系統(tǒng)的故障主要集中在過(guò)濾器濾芯的破損與折舊。濾芯的更換時(shí)間對(duì)預(yù)測(cè)濾芯壽命有重要意義，通過(guò)Weibull分布的分析，基于歷史數(shù)據(jù)可以找到濾芯一系列的壽命參數(shù)。三年的時(shí)間內(nèi)，可以預(yù)知的合成油濾芯的使用時(shí)間。

3　滑油系統(tǒng)過(guò)濾器濾芯壽命分析模型

3.1剩余壽命模型

（1）Weibull分布簡(jiǎn)介。Weibull分布是由瑞典科學(xué)家Waloddi Weibull所提出，現(xiàn)已成為可靠性系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛的連續(xù)性分布之一。許多工程技術(shù)上的相關(guān)問(wèn)題可以依據(jù)基于Weibull分布的的計(jì)算來(lái)解決。然而，Weibull分布的運(yùn)用有一定的難度，不同于正態(tài)分布等常見(jiàn)分布，它是一類(lèi)比較復(fù)雜的分布，是指數(shù)分布的推廣，但相比于指數(shù)分布，Weibull分布有著更為廣闊的應(yīng)用，主要應(yīng)用于電子元件、金屬材料的疲勞壽命的研究。

3.2模型計(jì)算結(jié)果

針對(duì)合成油系統(tǒng)濾芯的計(jì)算，由合成油濾芯故障庫(kù)可推斷的累計(jì)工作時(shí)間為別為2275、3836、3887、3841小時(shí),共4個(gè)。此外，參考2009-2011年備件使用情況，濾芯在這三年中有5次在4K保養(yǎng)中使用的記錄，25次在8K保養(yǎng)中使用的記錄，設(shè)定以上運(yùn)行的數(shù)據(jù)分別為4000小時(shí)、8000小時(shí)，以上歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)來(lái)預(yù)測(cè)濾芯的壽命參數(shù)。

通過(guò)濾芯剩余壽命數(shù)學(xué)模型的運(yùn)算，可以發(fā)現(xiàn)合成油濾芯的可靠性隨時(shí)間的變化趨勢(shì)：濾芯前4000小時(shí)可以平穩(wěn)運(yùn)行，性能可靠；5500小時(shí)左右時(shí)間開(kāi)始可靠性出現(xiàn)明顯下降；6500小時(shí)左右故障率出現(xiàn)明顯上升。

現(xiàn)按照現(xiàn)行的維護(hù)手段，4000小時(shí)或者8000小時(shí)的維修策略顯然不太合適，因此建議設(shè)定適當(dāng)?shù)膱?bào)警值進(jìn)行基于狀態(tài)的維修，根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)建議將合成油濾芯壓差警戒值定為138kpa。

4　結(jié)論

西氣東輸長(zhǎng)輸管道至今已運(yùn)行多年，累計(jì)的故障歷史數(shù)據(jù)也不斷增加。從而為基于歷史數(shù)據(jù)的研究提供了好的基礎(chǔ)。本文針對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)滑油系統(tǒng)的歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)，進(jìn)行了深入的統(tǒng)計(jì)與研究，并最終得出如下結(jié)論。

（1）從大量的故障數(shù)據(jù)中歸納總結(jié)出滑油系統(tǒng)的主要故障模式為濾芯的破損與折舊；

（2）基于歷史數(shù)據(jù)，通過(guò)Weibull分布計(jì)算剩余壽命，獲得濾芯可靠性與累計(jì)故障的關(guān)系；

（3）根據(jù)歷史運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)分析和預(yù)測(cè)，隨著工作時(shí)間累積延長(zhǎng)，濾芯壓差的變大，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)更換濾芯的壓差警戒值。因此建議根據(jù)合理的壓差警戒值，將濾芯由傳統(tǒng)的定期維護(hù)策略改為視情維修。