天然氣長輸管道壓縮機(jī)故障原因分析及對(duì)策研究

雷雨

（國家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸公司，上海 200120）

由于壓縮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)較為緊湊、壓縮后的氣體運(yùn)行速度均勻，而且設(shè)備的工作效率較高，近年來被廣泛應(yīng)用在天然氣管道市場中，已經(jīng)成為了天然氣運(yùn)輸過程中的核心設(shè)備。但是由于其長時(shí)間處于運(yùn)行的狀態(tài)，經(jīng)常會(huì)發(fā)生故障，影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，無法保證設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。因此，相關(guān)工作人員必須做好壓縮機(jī)故障分析工作，同時(shí)制定相應(yīng)的預(yù)防措施，保證天然氣長輸管道正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

1 工程概況分析

本文以我國的西氣東輸工程為例，該工程是我國天然氣長輸管道的重點(diǎn)工程之一，為了確保天然氣管道的運(yùn)輸壓力，必須要在一定的管輸距離處設(shè)計(jì)壓氣站，由于管道周圍的環(huán)境以及水電等因素的制約，該工程選用的是驅(qū)動(dòng)式的離心壓縮機(jī)，由其為整個(gè)管道工程提供壓力。迄今為止，該長輸管道共設(shè)置了115套離心式壓縮機(jī)，其中有71套是通用公司生產(chǎn)的，有39是羅爾斯羅伊斯制造的，另外5套則是我國自主研發(fā)的。由于壓縮機(jī)的整體結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、附屬設(shè)備較多，令其容易發(fā)生故障，維修費(fèi)用較高。因此，本文主要結(jié)合該工程分析造成壓縮機(jī)故障的原因，并提出科學(xué)合理的預(yù)防措施，充分保障系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。

2 天然氣長輸管道壓縮機(jī)故障原因以及相應(yīng)的預(yù)防措施分析

根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，現(xiàn)階段該工程的天然氣長輸管道，從運(yùn)行開始到2018年已經(jīng)出現(xiàn)了467次故障，在對(duì)故障進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)主要是三種類型，以下將對(duì)故障原因以及預(yù)防措施展開分析。

2.1 控制系統(tǒng)引發(fā)的故障分析

根據(jù)相關(guān)的資料顯示，當(dāng)前控制故障是當(dāng)前壓縮機(jī)最常發(fā)生的故障，約占總故障次數(shù)的47%。造成這種現(xiàn)象的原因，主要是由于壓縮機(jī)高速運(yùn)行導(dǎo)致的，以燃驅(qū)壓縮機(jī)為例，該設(shè)備長期在高溫高壓的狀態(tài)下運(yùn)行，再加上控制系統(tǒng)具有多輸入和多輸出的特點(diǎn)。因此，屬于一個(gè)動(dòng)態(tài)變化的系統(tǒng)，控制對(duì)象較為多變，令其對(duì)于控制方式和控制模型的要求較高，任何一個(gè)細(xì)微的零件發(fā)生故障，均有可能造成壓縮機(jī)發(fā)生故障。

2.1.1 儀表故障

儀表故障，這是引發(fā)控制故障的重要原因，根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，探頭、液位計(jì)以及壓變故障儀等設(shè)備容易發(fā)生故障，約占總控制故障總數(shù)的38%。另外，由于我國大部分的天然氣長輸管道已經(jīng)使用多年，設(shè)備老化較為嚴(yán)重，致使其在運(yùn)行的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確以及漂移等問題，嚴(yán)重威脅著整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。以本文中該工程使用的探測儀為例，該工程安裝了多個(gè)可燃?xì)怏w探測儀，設(shè)備最長的使用期限為10年，但是由于自然環(huán)境較為惡劣，導(dǎo)致設(shè)備風(fēng)化嚴(yán)重，近年來經(jīng)常發(fā)生探測儀故障。因此，為了避免再次發(fā)生這種情況，管理單位必須要組織工作人員，定期檢查和維修監(jiān)控設(shè)備，一旦發(fā)現(xiàn)問題，必須立即解決。例如，工作人員如果發(fā)現(xiàn)了探頭故障，必須要立即在線更換。除此之外，相關(guān)單位還應(yīng)做好物資儲(chǔ)備工作，儀表發(fā)生故障時(shí)，可以及時(shí)更換。

2.1.2 通信故障

程序失誤以及通訊故障，約占控制故障的24%，這主要是由以下兩方面造成的：第一，數(shù)據(jù)鏈路被斷開，如線路以及接口出現(xiàn)破損；第二，控制器發(fā)生緩沖溢出。以RR壓縮機(jī)為例，該壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)利用率超出60%，現(xiàn)階段該系統(tǒng)的利用率約為70%，容易發(fā)生故障。具體的優(yōu)化措施如下：工作人員必須做好數(shù)據(jù)采集工作，并且及時(shí)將其傳輸出去，不僅優(yōu)化系統(tǒng)CPU參數(shù)，而且對(duì)于工作人員調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速以及燃料等參數(shù)也提供了便利。通常來說，掃描周期一般設(shè)置為5～20ms，而對(duì)于閥門狀態(tài)變化較小的參數(shù)，可以將參數(shù)設(shè)計(jì)為120ms，通過合理配置以太網(wǎng)端口工作的傳送速度以及模式，使兩者之間可以協(xié)調(diào)合作，防止由于網(wǎng)絡(luò)擁堵而發(fā)生丟包以及溢出等問題。

2.1.3 信號(hào)故障

假信號(hào)以及線路干擾等問題，約占控制系統(tǒng)故障總數(shù)的29%，當(dāng)壓縮機(jī)在高速運(yùn)行時(shí)，容易令探頭以及其他零件發(fā)生故障，現(xiàn)場接線箱內(nèi)的端子，如果工作時(shí)間較長，就會(huì)出現(xiàn)絕緣老化以及接線松動(dòng)等問題。具體的預(yù)防措施如下，必須定期對(duì)設(shè)備進(jìn)行巡檢，做好壓縮機(jī)組的維修保養(yǎng)工作，尤其是要檢查好探頭的牢固情況，務(wù)必保證端子處于完好的狀態(tài)，壓片也要壓緊，避免線路發(fā)生損壞。比如，工作人員必須做好接地處理工作，要將儀表以及電氣分別接地，同時(shí)屏蔽線的扎捆也要規(guī)范，避免對(duì)信號(hào)造成干擾。

2.1.4 硬件故障

機(jī)柜盤架以及繼電器等硬件發(fā)生故障，對(duì)于此類故障來說，預(yù)防措施較為簡單，不僅故障容易排查出來，而且維修也較為簡單，不會(huì)延誤生產(chǎn)運(yùn)行工作。另外，在對(duì)各個(gè)控制模塊進(jìn)行檢查時(shí)，必須要保證溫度以及濕度均處于要求的范圍內(nèi)。例如，以PLC模塊而言，必須要按照規(guī)定定期更換。

2.2 機(jī)械引發(fā)的故障分析

以本文中天然氣長輸管道為例，由于壓縮機(jī)機(jī)械故障而造成的停機(jī)故障，約占總數(shù)的20%，主要特點(diǎn)就是維修時(shí)間長。以故障發(fā)生的時(shí)間段來分析，可以被分為投產(chǎn)初期與穩(wěn)定運(yùn)行期。投產(chǎn)初期造成的故障一般均是由施工質(zhì)量，或者是氣質(zhì)問題而引發(fā)的。例如，本文中的長輸天然氣管道，由于位于新疆，因此氣體成分較為復(fù)雜，造成干氣密封系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生損壞，在投產(chǎn)運(yùn)行的初期，系統(tǒng)頻繁出現(xiàn)波紋管排列以及戴維斯閥被卡死等問題，對(duì)于此類問題可以安裝一個(gè)干氣密封處理設(shè)備，通過此種方式，有效降低了故障頻率。對(duì)于穩(wěn)定運(yùn)行期間壓縮機(jī)經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)進(jìn)口閥、出口閥以及放空閥閥位等故障，故障出現(xiàn)的主要原因就是限位開關(guān)不合適，或者是線路虛接等問題，由于天然氣長輸管道長時(shí)間被暴露在自然環(huán)境下，致使絕緣皮閥容易發(fā)生摩擦。因此，工作人員可以采用一定的固定措施，例如，使用穿線管對(duì)其進(jìn)行固定，減少由于晃動(dòng)而導(dǎo)致的摩擦。

另外，壓縮機(jī)的本體也容易發(fā)生故障，例如，壓縮機(jī)的進(jìn)口濾網(wǎng)就容易發(fā)生故障，此類故障發(fā)生的次數(shù)較少，但是危害性較大，容易引發(fā)葉輪損壞或者是葉片斷裂等問題。一旦發(fā)生磁力故障，往往需要返廠維修，維修時(shí)間較長，一般為半年左右，令機(jī)器長時(shí)間處于空機(jī)位的狀態(tài)，降低了壓縮機(jī)組的利用率。因此，為了避免其發(fā)生故障，相關(guān)的工作人員應(yīng)做好日常監(jiān)測工作，如果發(fā)現(xiàn)此類故障，務(wù)必要及時(shí)維修，特別是要關(guān)注設(shè)備的潤滑情況，也可使用系統(tǒng)監(jiān)測設(shè)備，判斷壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。與此同時(shí)，滾動(dòng)軸承也是最常出現(xiàn)的一種故障，一旦其發(fā)生故障，就會(huì)造成內(nèi)外滾道出現(xiàn)問題，或者是滾體發(fā)生問題，如果滾動(dòng)體發(fā)生缺陷，就會(huì)由于沖擊致使設(shè)備出現(xiàn)故障。對(duì)于此類故障，可以通過測量來判斷故障位置，然后進(jìn)行維修。

除此之外，RMG調(diào)壓閥以及防喘閥等也是容易出現(xiàn)的機(jī)械故障，對(duì)于此列故障，工作人員應(yīng)做好預(yù)防措施，例如，在工作量較少的時(shí)期，組織工作人員檢查并維修各個(gè)零部件，與此同時(shí)，物資管理部門也要加強(qiáng)備品的管理工作，結(jié)合設(shè)備的消耗情況，及時(shí)購買相應(yīng)的設(shè)備，保證壓縮機(jī)的正常運(yùn)行。

2.3 外界因素引發(fā)的故障分析

現(xiàn)階段根據(jù)調(diào)查研究顯示，由于外界因素而造成的停機(jī)，主要體現(xiàn)在以下方面，以RR壓縮機(jī)為例，其是由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的，一旦發(fā)生外電波動(dòng)，就可能由于壓力降低，而造成停車。而對(duì)于長輸天然氣管道而言，由于其距離城市較遠(yuǎn)，自然環(huán)境較為惡劣，在建設(shè)初期使用的是質(zhì)量較差的電塔，而且還缺乏良好的防雷措施，經(jīng)常出現(xiàn)由于雷擊而引發(fā)繼電裝置發(fā)生動(dòng)作。例如，一旦冬季出現(xiàn)大風(fēng)，就會(huì)令設(shè)備的三相電壓處于不穩(wěn)定的狀態(tài)，容易出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象。對(duì)于此類故障，應(yīng)開展升級(jí)改造工程，將其改造為雙回路用電，有利于降低外部干擾對(duì)于系統(tǒng)的影響。除此之外，為了保證改造工作后，系統(tǒng)內(nèi)供電仍舊穩(wěn)定，必須要做好巡檢工作，尤其是要加強(qiáng)外電線路的巡檢工作。例如，工作人員應(yīng)檢查好壓線以及修補(bǔ)情況，及時(shí)更新?lián)p害的導(dǎo)線，按時(shí)更換設(shè)備零件，保證整個(gè)壓縮機(jī)組的正常運(yùn)行。

3 結(jié)語

總之，由于長輸天然氣管道在運(yùn)輸天然氣的過程中起著非常重要的作用，而壓縮機(jī)作為其中的核心設(shè)備，必須要做好設(shè)備的維護(hù)以及監(jiān)察工作，本文結(jié)合具體的工程案例，分析控制故障、機(jī)械故障以及由外部因素而引發(fā)的故障，并提出了相應(yīng)的解決措施，有利于減少設(shè)備故障，確保壓縮機(jī)正常運(yùn)行。