活塞式天然氣壓縮機(jī)在沁水煤層氣田的應(yīng)用與改進(jìn)

高德占 張 慧 王 暉 黃政華 馬翔宇

(1.中國(guó)石油天然氣股份有限公司山西煤層氣勘探開(kāi)發(fā)分公司,山西 048000;2.中國(guó)石油天然氣股份有限公司華北油田煤層氣成莊作業(yè)分公司,山西 048000)

1 DTY500型天然氣壓縮機(jī)組簡(jiǎn)介

DTY500型活塞式電驅(qū)壓縮機(jī)在煤層氣增壓領(lǐng)域應(yīng)用廣泛。壓縮機(jī)組主要組成部分由壓縮機(jī)、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器、工藝氣管路系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)、儀表控制系統(tǒng)、空冷器、高位油箱部件、電加熱器部件、底座等部件組成。主機(jī)部分為對(duì)稱平衡型往復(fù)活塞式壓縮機(jī)，主要由機(jī)體、十字頭滑道體、氣缸、氣閥、曲軸、連桿、十字頭、活塞、冷卻系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。兩列汽缸頭端設(shè)置有可調(diào)余隙容積缸，可根據(jù)需要調(diào)節(jié)排氣量。

壓縮缸進(jìn)氣壓力為0.05～0.15MPaG，進(jìn)氣溫度為3～25℃，排氣壓力為1.2～1.4MPa，單臺(tái)機(jī)組排氣量為10～12×104Nm/d，工藝流程見(jiàn)圖1。

圖1 壓縮機(jī)工藝氣流程

電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)后，通過(guò)聯(lián)軸器驅(qū)動(dòng)曲軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，曲軸再通過(guò)壓縮連桿帶動(dòng)十字頭和壓縮活塞進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)(見(jiàn)圖2)，壓縮活塞在壓縮缸內(nèi)做往復(fù)運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮的工作循環(huán)。

圖2 DTY500型壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

2 運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題

與常規(guī)天然氣相比，煤層氣中具有含粉煤灰等雜質(zhì)，采出壓力低的特點(diǎn)，導(dǎo)致壓縮機(jī)頻繁出現(xiàn)氣閥異常磨損、活塞與缸套的頻繁磨損超限；同時(shí)沁水盆地冬季溫度相對(duì)較低，不利于壓縮機(jī)的冬季運(yùn)行，冬季易出現(xiàn)壓縮機(jī)管線凍堵、儀表風(fēng)凍堵導(dǎo)致的停機(jī)；由于運(yùn)行工況與設(shè)計(jì)工況的不一致、潤(rùn)滑系統(tǒng)的不穩(wěn)定性致使壓縮機(jī)出現(xiàn)燒瓦燒軸的重大故障。

3 創(chuàng)新與優(yōu)化措施

(1)優(yōu)化管網(wǎng)工藝系統(tǒng)，降低雜質(zhì)對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行的影響。煤層氣中含有的微量粉煤灰及輸氣管線中含有的鐵銹、塵土等雜質(zhì)，堆積于氣閥通道，填充于活塞與缸套間，加劇活塞式壓縮機(jī)組的氣閥組件、活塞組件磨損，并頻繁的出現(xiàn)閥片、彈簧等易損件的損壞，針對(duì)此情況，進(jìn)行了工藝系統(tǒng)優(yōu)化，選用粉塵過(guò)濾器降低氣體中所含雜質(zhì)，過(guò)濾精度達(dá)到3μm，保證進(jìn)入壓縮機(jī)組氣質(zhì)清潔，減少壓縮機(jī)故障停機(jī)時(shí)間，改造后，每年節(jié)約壓縮機(jī)配件費(fèi)用120萬(wàn)元以上。

(2)增加變頻調(diào)速裝置，降低壓縮機(jī)冬季凍堵故障。沁水盆地區(qū)域冬季溫度相對(duì)較低，部分增壓站處于風(fēng)口位置，盡管將壓縮機(jī)風(fēng)冷器百葉窗調(diào)制最小狀態(tài)，壓縮機(jī)仍頻繁出現(xiàn)凍堵。針對(duì)此情況，對(duì)壓縮機(jī)風(fēng)冷器進(jìn)行了變頻改造，增加變頻調(diào)速裝置，可以根據(jù)溫度變化隨時(shí)調(diào)整風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，有效降低冬季壓縮機(jī)凍堵故障。

(3)開(kāi)展壓縮機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)改造，降低重大故障風(fēng)險(xiǎn)。潤(rùn)滑不良引起的故障通常處理難度大，進(jìn)口配件費(fèi)用高，停機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)運(yùn)行。壓縮機(jī)啟機(jī)前需經(jīng)過(guò)手搖油泵泵油進(jìn)行預(yù)潤(rùn)滑，防止啟機(jī)瞬間由于干摩擦導(dǎo)致燒瓦、拉傷曲軸等故障發(fā)生。機(jī)組附帶手搖油泵容易損壞，且手動(dòng)注油效果差。機(jī)組多次因啟機(jī)前潤(rùn)滑不良導(dǎo)致燒瓦、燒軸的重大故障，對(duì)15臺(tái)壓縮機(jī)進(jìn)行油路改造，改造后壓縮機(jī)預(yù)潤(rùn)滑由外循環(huán)泵帶動(dòng)進(jìn)行，達(dá)到自動(dòng)潤(rùn)滑的目的，花費(fèi)很少的費(fèi)用，解決了手動(dòng)潤(rùn)滑可能產(chǎn)生的潤(rùn)滑不良發(fā)生。

(4)開(kāi)展壓縮機(jī)離線狀態(tài)監(jiān)測(cè)，延長(zhǎng)大修時(shí)間。運(yùn)用現(xiàn)代化工具及管理手段,對(duì)壓縮機(jī)開(kāi)展離線狀態(tài)監(jiān)測(cè)工作。通過(guò)以振動(dòng)為主的故障診斷措施進(jìn)行科學(xué)分析，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)維保檢查結(jié)果，逐漸摸索，不斷完善。根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果重點(diǎn)檢查與定期保養(yǎng)相結(jié)合，預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)壓縮機(jī)組由事后維修向預(yù)知維修轉(zhuǎn)變，由定期維修向有針對(duì)性維修轉(zhuǎn)變，保證設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，壓縮機(jī)平均大修周期為48000小時(shí)，部分壓縮機(jī)運(yùn)行超過(guò)50000小時(shí)未進(jìn)行大修，現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行平穩(wěn)，無(wú)重大故障發(fā)生(見(jiàn)圖3、4)。

(5)開(kāi)展壓縮機(jī)軸瓦溫度監(jiān)控優(yōu)化改造?；钊綁嚎s機(jī)潤(rùn)滑異常、長(zhǎng)期低于設(shè)計(jì)工況運(yùn)行、因大修期延長(zhǎng)零部件運(yùn)行偏磨嚴(yán)重時(shí)，運(yùn)行的軸瓦易在摩擦表面產(chǎn)生瞬間升溫，導(dǎo)致軸瓦與曲軸燒毀，維修費(fèi)用高，嚴(yán)重影響平穩(wěn)輸氣。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研提出了加強(qiáng)主軸瓦溫度監(jiān)控防止重大故障發(fā)生的措施，通過(guò)在軸瓦部位加裝溫度傳感器，將監(jiān)測(cè)的運(yùn)行溫度與控制柜連鎖，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)溫度，異常時(shí)及時(shí)報(bào)警、停機(jī)。通過(guò)優(yōu)化改造，延遲了設(shè)備重大部件更換時(shí)間，對(duì)壓縮機(jī)重大故障進(jìn)行預(yù)判，發(fā)現(xiàn)趨勢(shì)變化明顯時(shí)及時(shí)檢修，防止出現(xiàn)燒瓦、燒軸、抱死等處理時(shí)間長(zhǎng)、花費(fèi)費(fèi)用高的重大故障。

圖4 曲軸箱驅(qū)動(dòng)端振動(dòng)趨勢(shì)圖

4 常見(jiàn)問(wèn)題及排除方法

往復(fù)式壓縮機(jī)易損件多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障類型復(fù)雜，同時(shí)煤層氣與天然氣在開(kāi)發(fā)上的差異性，導(dǎo)致煤層氣活塞式壓縮機(jī)故障多。針對(duì)壓縮機(jī)投運(yùn)以來(lái)發(fā)生的主要故障，梳理排除方法見(jiàn)表1。

表1 煤層氣活塞式壓縮機(jī)常見(jiàn)故障

續(xù)表

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 田煒，巴璽立，王紅霞.沁水盆地煤層氣地面集輸工藝實(shí)踐與認(rèn)識(shí)[J].中國(guó)煤層氣，2013,10(2)：31-34.

[2] 潘強(qiáng)，劉福，韓維濤,等.大型往復(fù)壓縮機(jī)氣閥頻繁異響分析與解決[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2017,264(4)：43-46.

[3] 徐建，金宏春，鄭翠英.活塞式壓縮機(jī)循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)[J].機(jī)械制造與自動(dòng)化，2015，44(3):62-64,70.

[4] 郁永章，姜培正，孫嗣瑩.壓縮機(jī)工程手冊(cè):第1版[M].北京：中國(guó)石化出版社;2012,351-380.

[5] 朱麗紅.往復(fù)式壓縮機(jī)活塞桿開(kāi)裂失效分析[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2016,255(1)：59-61.

[6] 田 煒，陳洪明，梅永貴，等.沁水盆地南部樊莊區(qū)塊地面集輸工藝優(yōu)化與思考[J].天然氣工業(yè),2011,31(11):30-33.