天然氣長輸管道壓縮機故障原因分析及對策

奚占東* 朱紅衛(wèi) 鄭賢斌 呂寒 成素凡

（1.中國石油西南管道公司貴陽輸油氣分公司；2.中國石油大學（華東）海洋油氣裝備與安全技術研究中心；3.中國石油天然氣股份有限公司天然氣與管道分公司；4.中國石油西南油氣田分公司安全環(huán)保與技術監(jiān)督研究院）

奚占東等. 天然氣長輸管道壓縮機故障原因分析及對策. 石油規(guī)劃設計，2014，25（4）：44～45

壓縮機具有結(jié)構(gòu)緊湊、排氣均勻、損失小、效率較高、從低壓到超高壓操作范圍較寬等優(yōu)點［1-2］。隨著天然氣市場的快速發(fā)展，天然氣長輸管道壓縮機正不斷朝高速、高壓、大流量方向發(fā)展，并成為天然氣輸送過程中的關鍵設備，成為企業(yè)設備管理和維護的重點［3］。作為天然氣長輸管道的關鍵設備，壓縮機在運行過程中難免會出現(xiàn)故障，甚至事故，開展壓縮機組故障原因分析對提高設備維護效率至關重要。根據(jù)某天然氣長輸管道壓縮機組故障記錄，分別對離心式和往復式壓縮機組故障停機次數(shù)、故障停機時間進行統(tǒng)計，分析總結(jié)故障原因，為壓縮機組安全管理提供參考。

1 壓縮機組故障原因

1.1 離心式壓縮機組

根據(jù)故障停機次數(shù)和故障停機時間隨故障原因分布情況統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，造成離心式壓縮機組故障停機的主要原因有兩個，即，設備因素和外界及環(huán)境因素。設備因素造成的故障停機次數(shù)為802次，占故障停機總次數(shù)（1296次）的61.9%；故障停機時間14468h，占故障總停機時間（26533h）的54.5%；外界及環(huán)境因素造成的故障停機次數(shù)為355次，占27.4%；故障停機時間為8545h，占32.2%。

1.2 往復式壓縮機組

根據(jù)故障停機次數(shù)和故障停機時間隨故障原因分布情況發(fā)現(xiàn)，引起往復式壓縮機組故障停機的主要原因為設備原因、無油流或油壓低和爆燃停機。其中，首要原因是設備原因引起的故障停機次數(shù)428次，占故障總停機次數(shù)（848次）的50.5%，故障停機時間4344h，占故障總停機時間（5343h）的 81.3%；其次原因是無油流或油壓低引起的故障停機次數(shù) 156次，占總數(shù)的 18.4%，故障停機時間433h，占8.1%；第三方面原因是爆燃停機次數(shù)152次，占 18%，停機時間 196h，占 3.7%。除這 3個主要原因外，還存在設計、施工、誤操作等方面的原因。

1.3 壓縮機組故障部位

離心式壓縮機和往復式壓縮機組按故障部位分布情況統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，造成壓縮機組故障停機的主要部位為壓縮機、GG（燃氣發(fā)生器）系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其中，控制系統(tǒng)造成的停機次數(shù)最多，壓縮機引起的停機累計時間最長。

2 壓縮機組故障分析及對策

目前，由于國內(nèi)天然氣長輸管道建設速度較快，每年以約7000km的速度推進，西氣東輸管道二線、西氣東輸管道三線、陜西—北京管道三線等天然氣管道相繼建設并投產(chǎn)運行，對天然氣壓縮機組進行故障分析尤為必要。通過分析可知，引起壓縮機組故障停機的主要原因為設備因素、外界及環(huán)境因素等。設備因素包括機械設備故障、電氣及控制系統(tǒng)故障。引起壓縮機組故障的外界及環(huán)境因素主要包括外電供應和工藝氣質(zhì)問題，其中，外電供應造成機組故障停機的主要原因是由于外電失電、閃斷和波動；工藝氣質(zhì)造成機組停機問題是燃料氣含有其他雜質(zhì)，造成過濾器堵塞。

2.1 常見機械故障分析及對策

典型的機械設備故障包括壓縮機轉(zhuǎn)子損壞、燃機燃燒室靜葉燒壞、機組入口齒輪箱結(jié)構(gòu)性損壞等［4］。

某站3臺壓縮機轉(zhuǎn)子損壞，原因為在機組安裝時沒有進行喘振線等測試，使壓縮機操作系統(tǒng)流量計算有誤，造成機組長期工作在阻塞區(qū)。應加強壓縮機組安裝調(diào)試期管理，確保完成喘振線等測試工作，并核查在役機組安裝測試記錄。

某站2臺燃機一級靜葉燒壞及燃燒室存在局部燒蝕現(xiàn)象，分析其原因為天然氣中含重組分的液態(tài)烴所致。應重視機組燃燒室熱電偶監(jiān)測溫度差異大造成的停機事件，分析每個熱電偶監(jiān)測溫度變化的歷史趨勢，并輔佐孔探檢測分析原因，避免由于噴嘴局部堵塞或燒蝕導致燃燒火苗偏向，進而引起燃燒室局部燒蝕故障發(fā)生，降低燃燒效率和縮短燃機壽命。

2.2 電氣及控制系統(tǒng)故障分析及對策

控制系統(tǒng)故障導致停機占總停機次數(shù)的45%，其中，假信號停機占53%、軟件故障占22%、硬件故障占35%。應加強對機組控制系統(tǒng)儀表和電氣接線、接地、信號干擾等故障分析，采取針對性的程序優(yōu)化、信號過濾、接線方式改進等措施降低故障發(fā)生。

控制系統(tǒng)假信號故障主要原因為接線松動、瞬時干擾和系統(tǒng)誤報警。建議采用假信號過濾和報警技術手段，分析數(shù)據(jù)變化規(guī)律，對超過合理范圍的跳變數(shù)據(jù)進行判斷，不參與控制邏輯，并提示現(xiàn)場人員及時檢查維護。

控制系統(tǒng)軟硬件故障，如，頻發(fā)的Mark Vie系統(tǒng) I/O包監(jiān)測離線和通訊中斷、系統(tǒng)模塊及安全柵等硬件損壞問題，建議通過信號處理、停車保護邏輯、報警等控制程序的優(yōu)化，提升控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性。對控制系統(tǒng)故障率較高的部件，新機組采購評標需重點進行檢測和檢驗。

2.3 外界因素分析及對策

引起壓縮機組故障的外界因素主要包括外電供應和工藝氣質(zhì)問題。因外電失電、閃斷和波動造成壓縮機組停機較多，需采取多種手段保證供電質(zhì)量。應做好與地方供電單位的溝通以提高供電穩(wěn)定性，采取措施提高站內(nèi)自供電系統(tǒng)、發(fā)電機組的維修質(zhì)量。因工藝氣質(zhì)造成機組停機也很普遍，如，某站兩臺燃機葉片燒損分析，為燃料氣含液態(tài)烴，以及因上游清管造成燃料氣攜帶大量粉塵和水，堵塞過濾器并頻繁更換濾芯，導致機組停機時間較長。建議采用加裝分離器，改善蒸汽質(zhì)量，以及提高上游管線作業(yè)管理，加強氣質(zhì)監(jiān)控，適時更換過濾器濾芯，加密管線設備排污次數(shù)，并重點關注壓縮機組干氣密封氣、燃料氣氣質(zhì)等處理措施。

[1]蘇鵬.多級離心式壓縮機故障停機反轉(zhuǎn)特性研究[D].上海: 上海交通大學,2012.

[2]馬云.活塞式壓縮機故障診斷技術研究[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2013,33(1): 109.

[3]葉滿意.離心式壓縮機的工作原理、常見故障和解決措施[J].中國石油和化工標準與質(zhì)量,2012,32(6): 227.

[4]王永清.往復式空氣壓縮機常見故障及處理[J].石油和化工設備,2009,12(7): 41-43.