大型天然氣壓縮機組互換式維修技術應用

馬 云，劉 冰，徐先偉，高 潔

（吐哈油田公司機械廠，新疆哈密 839009）

0 引言

L7042GSI/2RDS-1壓縮機組是油田公司天然氣處理的核心設備，其關鍵維修技術涉及到機械維修、控制系統編程和通信組態、改造等多個領域，整機互換式維修作為壓縮機組維修改造的核心技術之一，包含整機互換機械維修和控制系統改造等技術。掌握該技術對設備保養維修及機組故障排除具有重要意義。

1 整機互換式維修技術

整機互換式維修是將大修后的閑置部分匹配的壓縮機組與故障機組整機互換的方式實現對故障機組的大修，同時對老舊落后淘汰控制系統全部更換升級。整機互換式維修技術包含整機互換式機械維修技術和控制系統改造技術。

（1）技術難點。整機互換式維修存在的技術難點：①整機互換匹配性較差，安裝及對中難度大；②互換機組點火系統存在代差，需要硬件升級；③控制系統程序邏輯復雜，核心技術受廠家技術封鎖；④控制系統硬件設計及硬件軟件聯調涉及面廣，綜合性強。

（2）技術優點。①相對傳統大修作業，維修時間可縮短約75%；②對機組老舊子系統進行改造，機組運行效率可進一步提升；③控制系統硬件全面設計改造，控制系統故障率下降90%以上；④匹配落后的控制系統工藝，提高控制系統機組監控保護能力和自動化程度。

2 整機互換機械維修技術

2臺機組的壓縮端分屬不同廠家，互換機組為動力端L7042GSI天然氣發動機，參數對比如表1。整機機械互換，包括機械匹配安裝調整、大型旋轉設備對中、點火系統升級改造等。

表1 互換機組參數對比

2.1 機械匹配安裝調整技術

膜片在聯軸器中屬于彈性元件，承受的載荷有離心、擠壓、彎曲等交變應力，設備安裝過程中需對聯軸器的厚度進行調整，用以配合設備安裝的實際需要。聯軸器膜片傳遞轉矩T，由簡化條件可知：

（1）T單片＝T/M。

（2）聯軸器計算扭矩 Tc＝K×P×9550/n。

（3）聯軸器扭矩裕度 T變＝T－Tc。

（4）聯軸器膜片可減少片數 m＝T變/T單片。

（5）聯軸器軸向減少的厚度A＝b×m。

其中，T單片為單個膜片最大扭矩（N·m），M為膜片總數，K為工況系數，P為發動機功率（kW），n為發動機轉速（r/min），b為單片膜片厚度（0.5 mm）。代入計算可得m＝17片，A＝8.5 mm。聯軸器厚度應＜8.5 mm。

經過多次調整逐漸消除軸向偏差，通過減少聯軸器厚度2 mm（膜片4片），消除了軸向偏差。調整后的聯軸器參數，如表2。

表2 連軸器調整前后對比

2.2 激光對中技術

機組互換后，發動機對壓縮機存在著軸向和徑向偏差，過大的偏差會降低運行效率和曲軸等運動部件壽命，因此必須消除機組水平和垂直偏差。通過激光對中的時鐘及3點法測量調整發動機支撐點位置和距離，將水平和垂直偏差控制在標準值以內，保證了軸線對中性。

2.3 點火系統升級技術

將落后的磁電機系統改造為基于數字化控制和工況調整的CEC（Custom Engine Control，點火控制系統）。CEC點火模塊安裝調整步驟為：①通過盤車查找右一缸上死點，盤車至點火提前角 18°BTDC（Btdcbefore Top Deed Center，上止點前）；②安裝霍爾傳感器和點火正時盤；③霍爾傳感器調整安裝，必須保證傳感器與正時盤距離（0.45～0.75）mm；④正時盤調整安轉并對中；⑤CEC點火系統配置安裝。

2.4 油水加熱系統改造技術

由于機組油水加熱器系統功率小，布線不合理等導致冬季加熱效果差，維護時間過長。通過設計30 kW油水加熱器，優化發動機油水管線，增加PLC控制功能，使冬季加熱油溫和水溫可維持在25℃左右。

3 控制系統改造技術

原系統為SLC5/04 PLC控制系統，改造后的系統是以A-B Compactlogix系列PLC為核心的下位機控制系統，同時增加信號隔離及通訊隔離保護系統，提高系統可靠性。改造后控制系統結構是：

（1）PLC采集機組現場運行數據，并通過邏輯關系控制機組的啟停機、連鎖報警等工藝過程。

（2）ESM（Engine System Manager,發動機系統管理器）是瓦克夏發動機的控制中樞，控制著發動機啟停機控制、點火時序控制、轉速控制、爆震控制、故障診斷、故障記錄存儲，以及發動機停機保護、空燃比控制等過程。

（3）NVI69-EMBS模塊將PLC數據轉化為modbus通信協議的網關系統。該模塊實時讀取發動機ESM數據，并將壓縮機組數據通過485通信遠距離傳輸至DCS系統。

3.1 機組啟機程序設計

啟機預潤滑時間由瓦克夏ESP（Electronic Service Program，電子服務程序）軟件設置，當機組進入潤滑階段時，首先檢查機組的故障信號、控制柜按鈕的位置等狀態，30 s時檢查進排氣閥狀態，90 s時檢查機組油壓，180 s控制ESM啟機，240 s時檢測運行狀態。啟機程序邏輯，如圖1所示。

圖1 啟機邏輯結構

3.2 加載程序設定

（1）加載條件判斷。加載條件為機組轉速＞800 r/min，夾套水溫度和壓縮機油溫＞30℃，且無報警，滿足以上條件時當控制柜按鈕在加載模式時，機組進入加載控制流程。

（2）加載位置位。加載位為程序控制回流閥的觸發信號，當程序判斷滿足加載條件且無遠程控制信號和停機信號時，該位置位自鎖。

（3）控制加載閥。當加載位置位時，每1 s給加載閥程序控制變量加設定的加載閥增加量控制加載閥開度，加載閥開度根據工程量數據與加載閥程序控制變量的關系求得。

3.3 停機程序設計

（1）停機過程分3種情況：緊急停機、正常停機和預潤滑下停機。緊急停機、預潤滑下的停機直接使機組停機，無后潤滑，正常停機需后潤滑。ESM停機信號收到PLC低電平脈沖信號后會立刻執行停機動作。

圖2 試驗模式控制邏輯

（2）程序控制過程。PLC收到控制柜按鈕停止指令后，正常停機信號置位，定時器計時并產生脈沖信號降轉速，當機組處于加載時，正常停機信號解鎖加載信號，PLC系統進入減載模式，若240 s內機組轉速＜40 r/min則進入后潤滑，反之正常停機脈沖置位，發動機停機。

3.4 測試模式程序設計

測試模式是在運行階段將屏蔽故障信號以測試或修復現場傳感器的模式。試驗模式時間為300 s，雙擊復位按鈕可復位試驗模式。啟動試驗模式時，試驗模式位置位，試驗模式程序結構，如圖2。在300 s內，維護人員需修復故障傳感器進或對程序完成測試。

3.5 硬件檢測程序設計

通過調用系統參數獲取PLC各模塊的運行狀態并通過組態通信顯示在 HMI（Human Machine Interface，人機界面）上（圖3），方便維護人員查看硬件運行情況及排除硬件故障。

4 結束語

掌握互換式維修和控制系統升級技術，可大幅縮短現場設備檢修時間，提高機組維修效率和機組可靠性，降低了機組維護時間。

圖3 PLC硬件狀態的HMI顯示