天然氣管道壓縮機(jī)組典型故障處理

王司光，楊永超，高維新，宿國(guó)娟，韓治光，范建全

（1.中國(guó)石油管道中原輸油氣分公司，山東德州253020；2.山東中油天然氣有限公司，山東濟(jì)南250000）

天然氣管道壓縮機(jī)組典型故障處理

王司光1，楊永超1，高維新1，宿國(guó)娟2，韓治光1，范建全1

（1.中國(guó)石油管道中原輸油氣分公司，山東德州253020；2.山東中油天然氣有限公司，山東濟(jì)南250000）

分析造成壓縮機(jī)機(jī)組干氣雙聯(lián)過(guò)濾器濾芯冰堵、某轉(zhuǎn)速區(qū)間齒輪軸振動(dòng)高報(bào)、燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)點(diǎn)火后加速失敗和機(jī)組防喘閥失效等典型故障的原因，給出相應(yīng)的處理措施。

壓縮機(jī)組；運(yùn)行；故障；處理

1 機(jī)組概況

中原輸油氣分公司泰安壓氣站負(fù)責(zé)接陜京線、西二線來(lái)氣向冀寧線和山東管網(wǎng)增輸，壓氣站共有4臺(tái)壓縮機(jī)組，2臺(tái)燃驅(qū)機(jī)組由美國(guó)索拉公司金牛星70工業(yè)型燃?xì)廨啓C(jī)/離心式壓縮機(jī)組成，2臺(tái)電驅(qū)機(jī)組，由上海電機(jī)/西門(mén)子離心式壓縮機(jī)組成，運(yùn)行方式1用1備。電驅(qū)機(jī)組參數(shù)，上海三相異步電動(dòng)機(jī)型號(hào)YZKS630-4，功率7100 kW，轉(zhuǎn)速1500 r/min；榮信高壓變頻器RHVC-TC10/9000，齒輪箱型號(hào)TX80/8C，大小齒輪齒數(shù)229/26；西門(mén)子壓縮機(jī)型號(hào)STC-SV（08-3-A），額定功率5323 kW，最小運(yùn)行轉(zhuǎn)速9130 r/min；電驅(qū)機(jī)組最大運(yùn)行轉(zhuǎn)速13 695 r/min，額定流量53 574 m3/h，一階臨界轉(zhuǎn)速7600 r/min，二階臨界轉(zhuǎn)速23 200 r/min。

燃驅(qū)機(jī)組參數(shù)，索拉燃?xì)廨啓C(jī)型號(hào)TAURUS 70，功率7000 kW，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速15 200 r/min；動(dòng)力渦輪轉(zhuǎn)速12 000 r/min，全負(fù)荷T5=760℃，壓氣機(jī)級(jí)數(shù)14級(jí)，壓比16.5:1，可導(dǎo)葉片4級(jí)，燃?xì)馔钙?級(jí)，動(dòng)力透平2級(jí)；索拉壓縮機(jī)型號(hào)C4064TEB-0256，一階臨界轉(zhuǎn)速5000 r/min，二階臨界阻尼三階16 000 r/min，最低運(yùn)行轉(zhuǎn)速為6000 r/min，最高運(yùn)行轉(zhuǎn)速為12 000 r/min，跳機(jī)轉(zhuǎn)速為12 600 r/min，入口壓力5100 kPa，出口壓力10100 kPa，額定流量5086.63×103m3/d，額定功率2718.82 kW。

截止至2014年12月31日，4臺(tái)壓縮機(jī)組累計(jì)運(yùn)行2.2萬(wàn)小時(shí)，累計(jì)發(fā)生非計(jì)劃性故障停機(jī)34次。1#電驅(qū)機(jī)組和4#燃驅(qū)機(jī)組已完成8000 h維護(hù)保養(yǎng)。

2 典型故障原因分析及處理措施

2.1 干氣雙聯(lián)過(guò)濾器濾芯冰堵

（1）故障現(xiàn)象。2012年1月19日，外界氣溫5℃，機(jī)組啟機(jī)時(shí)發(fā)現(xiàn)干氣密封雙聯(lián)過(guò)濾器濾芯冰堵（圖1），過(guò)濾器排污時(shí)排出大量乳白色液體（圖2），無(wú)法正常啟機(jī)，為保障生產(chǎn)運(yùn)行采取了安裝電伴熱、及時(shí)更換堵塞濾芯和加密排污等臨時(shí)應(yīng)急措施。

（2）原因分析及解決措施。干氣取壓點(diǎn)位置在壓縮機(jī)出口管線底部是冰堵出現(xiàn)的主要原因，在氣質(zhì)不理想和環(huán)境溫度較低的綜合作用下，天然氣水合物形成并堵塞濾芯和引壓管，致使干氣壓力無(wú)法維持，并損傷干氣密封[1]。2012年7月改造干氣取壓點(diǎn)，在壓縮機(jī)出口管線上部取壓，以后還可增加干氣預(yù)處理設(shè)[2]，進(jìn)一步提高干氣預(yù)處理能力，確保干氣的整潔，保障干氣密封使用壽命。

2.2 電驅(qū)冷卻水塔整改

（1）冷卻水塔工作原理。電驅(qū)機(jī)組配備2座低噪聲閉式橫流冷卻水塔，每座冷卻塔循環(huán)水量為150 m3/h。水系統(tǒng)包含內(nèi)循環(huán)水（純凈水）系統(tǒng)和外循環(huán)水（生活水）系統(tǒng)（圖3）。內(nèi)循環(huán)水系統(tǒng)工作原理：冷卻水塔紫銅盤(pán)管內(nèi)被冷卻后的循環(huán)水流出，由循環(huán)水泵送往電機(jī)，經(jīng)過(guò)換熱升溫的循環(huán)水再進(jìn)入盤(pán)管冷卻，可以隨時(shí)由循環(huán)水補(bǔ)水泵進(jìn)行補(bǔ)水。外循環(huán)水系統(tǒng)工作原理：外部噴淋水通過(guò)與盤(pán)管和填料接觸換熱達(dá)到冷卻盤(pán)管內(nèi)部循環(huán)水的目的后，落入下部水槽，由噴淋水泵送至噴淋水槽再次循環(huán)。

圖1 濾芯冰堵

圖2 過(guò)濾器排污

圖3 水冷塔工藝流程圖

（2）改進(jìn)措施。泰安地區(qū)冬季氣溫通常在零度以下，而閉式冷卻塔安裝在室外，在電驅(qū)機(jī)組不運(yùn)行時(shí)，冷卻塔的防凍采取以下措施：①內(nèi)循環(huán)水中加合適配比的乙二醇防凍液；②較長(zhǎng)期停運(yùn)的機(jī)組，拆卸水冷塔紫銅管排空水分；③給水冷塔建立彩鋼房，加裝暖氣，進(jìn)行冬季保溫；④增設(shè)內(nèi)循環(huán)水電加熱器系統(tǒng)；⑤做好設(shè)備、管路電伴熱及其他防寒保溫措施[3]。

2.3 某轉(zhuǎn)速區(qū)間齒輪軸振動(dòng)高報(bào)

（1）故障現(xiàn)象。2012年10月，2#電機(jī)在啟機(jī)升速至1250 r/min時(shí)，齒輪箱高速端徑向振動(dòng)值（VYI4205，VYI4206）超過(guò)報(bào)警值（報(bào)警值45 μm，停機(jī)值67 μm），越過(guò)這一速度后振動(dòng)值下降。

（2）原因分析。引起振動(dòng)高的可能原因有振動(dòng)探頭損壞；接線松動(dòng)；臨界轉(zhuǎn)速共振；對(duì)中不良；軸承磨損；齒輪嚙合故障；底座基礎(chǔ)松動(dòng)；轉(zhuǎn)子動(dòng)不平衡；裝配調(diào)整不當(dāng)?shù)萚4]。電機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速2300 r/min，壓縮機(jī)一階臨界轉(zhuǎn)速7600 r/min、二階臨界轉(zhuǎn)速23 200 r/min，1250 r/min顯然不是臨界轉(zhuǎn)速。

使用振動(dòng)分析儀采集數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)頻譜圖中2倍頻成分占主導(dǎo)，給出的結(jié)論是齒輪箱高速軸和壓縮機(jī)轉(zhuǎn)子對(duì)中精度惡化，使用激光對(duì)中儀檢查電機(jī)和齒輪箱、齒輪箱和壓縮機(jī)之間的對(duì)中情況，可排除是由于對(duì)中不良引起的振動(dòng)高。針對(duì)是否是振動(dòng)探頭位置不準(zhǔn)或線路傳輸?shù)膯?wèn)題，測(cè)量2臺(tái)機(jī)組所有振動(dòng)探頭的間隙電壓，測(cè)量值均在10 V左右，符合要求，排除了可能是探頭與轉(zhuǎn)子間距過(guò)小引起的振動(dòng)高。由于振動(dòng)高是發(fā)生在啟機(jī)升速（1250 r/min）很短時(shí)間內(nèi)，越過(guò)這一速度后振動(dòng)值下降，振動(dòng)探頭使用“報(bào)警倍增功能”（系數(shù)乘以2）抑制瞬態(tài)峰值，因此即使監(jiān)測(cè)值超過(guò)報(bào)警值和停機(jī)值也可接受。

2.4 燃?xì)廨啓C(jī)啟機(jī)點(diǎn)火后加速失敗

（1）故障現(xiàn)象。2011年11月，3#機(jī)組在點(diǎn)火加速階段出現(xiàn)急停報(bào)警信息FN_Ngp_Accel_Rate_L（燃?xì)獍l(fā)生器加速率低），機(jī)組啟動(dòng)失敗。

（2）原因分析及解決措施。通過(guò)程序可以看到，機(jī)組在點(diǎn)火加速后，燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速在37%以內(nèi)時(shí)，如果燃?xì)獍l(fā)生器平均加速率小于15%的時(shí)間累計(jì)達(dá)到10 s，會(huì)出現(xiàn)燃?xì)獍l(fā)生器加速低的急停報(bào)警。

結(jié)合機(jī)組啟動(dòng)的順序、氣啟動(dòng)系統(tǒng)的工作原理以及機(jī)組的控制程序等對(duì)該故障進(jìn)行綜合分析，造成急停報(bào)警導(dǎo)致機(jī)組啟動(dòng)失敗的可能原因是：①環(huán)境溫度較低，機(jī)組未充分預(yù)熱；②控制程序中燃?xì)獍l(fā)生器平均加速率小于15%的時(shí)間累計(jì)設(shè)定值小；③啟動(dòng)氣雜質(zhì)多，堵塞管路；④壓力調(diào)節(jié)器/關(guān)斷閥設(shè)定壓力低；⑤啟動(dòng)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)阻力大；⑥壓氣機(jī)進(jìn)口可調(diào)導(dǎo)葉角度沒(méi)充分打開(kāi)，致使加速失敗［5］；⑦加速電磁閥和引導(dǎo)氣調(diào)節(jié)閥出現(xiàn)故障。

解體檢查壓力調(diào)節(jié)器/關(guān)斷閥發(fā)現(xiàn)，該閥指揮器的調(diào)節(jié)彈簧安裝不到位，閥門(mén)不能正常調(diào)壓，機(jī)組在提速過(guò)程中啟動(dòng)氣的壓力達(dá)不到設(shè)定值，導(dǎo)致啟機(jī)失敗。經(jīng)重新正確安裝指揮器內(nèi)彈簧后，再次啟動(dòng)機(jī)組，機(jī)組順利完成加速點(diǎn)火，啟動(dòng)成功，工作正常。

2.5 機(jī)組防喘閥失效

（1）故障現(xiàn)象。2013年7月15日，1#電驅(qū)機(jī)組啟機(jī)完成，手動(dòng)關(guān)閉防喘閥控制器后，現(xiàn)場(chǎng)卻顯示在全開(kāi)位置。當(dāng)時(shí)壓縮機(jī)遠(yuǎn)離喘振線。若防喘閥時(shí)刻在打開(kāi)位置，不僅降低壓縮機(jī)效率，還可引起壓縮機(jī)出口溫度超高導(dǎo)致停機(jī)[6-8]。

（2）原因分析及解決措施。防喘閥主要部件有氣動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)、閥體、定位器、電磁閥、限位開(kāi)關(guān)、壓力調(diào)節(jié)器、增壓器、泄放閥、安全閥等（圖4）。防喘閥是截止閥，可進(jìn)行0～100%的開(kāi)度，停機(jī)或故障時(shí)保持全開(kāi)。

圖4 防喘閥結(jié)構(gòu)示意簡(jiǎn)圖

防喘閥核心部件定位器包含兩種信號(hào)（圖5），一種是將閥位信號(hào)輸入到PLC；另一種是接收PLC發(fā)出的開(kāi)關(guān)閥指令，均為4～20 mA模擬信號(hào)，其內(nèi)部有微處理器，將兩種信號(hào)進(jìn)行比較，可產(chǎn)生信號(hào)壓力，控制增壓器輸出大小，進(jìn)而控制閥門(mén)開(kāi)關(guān)量。二位三通電磁閥控制下游增壓器信號(hào)壓力的通斷，電磁閥得24 V電則信號(hào)氣通，失電則截?cái)嘈盘?hào)氣（圖6）。

在電磁閥24 V電一直保持的情況下，UCP分別給圖5中隔離式安全柵的8（+），7（-）端子4 mA，8 mA，12 mA，16 mA，20 mA信號(hào)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)防喘閥的關(guān)度從0～100%符合線性變化，證明防喘閥本體及附件完好。但防喘閥控制器畫(huà)面上閥位一直無(wú)反饋，遠(yuǎn)控開(kāi)關(guān)閥操作時(shí)現(xiàn)場(chǎng)防喘閥無(wú)反應(yīng)。查看電磁閥24 V回路中隔離式安全柵不能輸出24 V直流電，更換隔離式安全柵后恢復(fù)正常，防喘閥不能正常關(guān)閉故障得以解決。

圖5 防喘閥定位器信號(hào)輸入輸出圖

圖6 電磁閥24 V回路

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〔編輯 李波〕

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10.16621/j.cnki.issn1001-0599.2017.02.21