長輸天然氣管道離心式壓縮機(jī)異常停機(jī)原因與應(yīng)對策略研究

王訓(xùn)鋒 范玲 李元（中石化川氣東送天然氣管道有限公司，湖北 武漢430074）

0 引言

離心式壓縮機(jī)憑借自身持有的諸多優(yōu)勢，在石油、天然氣、化工、冶金、制冷等諸多行業(yè)均有應(yīng)用，應(yīng)用成效也是較為理想的。離心式壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速高、流量大，在天然氣長輸管道領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。在生產(chǎn)運(yùn)行中，積極探查誘發(fā)離心式壓縮機(jī)停機(jī)故障的成因，立足于現(xiàn)實(shí)工況，采用有效的處理措施，降低壓縮機(jī)故障停機(jī)的頻次，是長輸管道運(yùn)行階段應(yīng)積極落實(shí)的內(nèi)容。

1 離心壓縮機(jī)組結(jié)構(gòu)組成及工作原理

離心壓縮機(jī)組本體、主電機(jī)、齒輪箱、干氣密封系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)（儀表風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)）等均是離心壓縮機(jī)組的構(gòu)成，各系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)施對運(yùn)轉(zhuǎn)安穩(wěn)程度均有嚴(yán)格的要求。

主電機(jī)的功能是通過齒輪箱驅(qū)動壓縮機(jī)主軸葉輪高速旋轉(zhuǎn)，使天然氣在離心力作用下被提速后整合至安裝在葉輪后端的擴(kuò)壓器內(nèi)，并在擴(kuò)壓器內(nèi)提高壓力。以此方式，葉輪中部形成低壓區(qū)域，使前方滯留的氣體經(jīng)由吸氣室被吸入至葉輪，因葉輪不間斷轉(zhuǎn)動，故而也就有氣體源源不斷的被整合到擴(kuò)壓器內(nèi)，以上是確保壓縮機(jī)內(nèi)氣體流動持續(xù)性的重要基礎(chǔ)[1]。在離心作用下速度逐漸上升，并能以較大速率脫離葉輪，流經(jīng)擴(kuò)壓器以后天然氣緩緩跌落，促進(jìn)動能轉(zhuǎn)型為靜壓能、壓力指標(biāo)持續(xù)上升過程，最后經(jīng)由彎道、回流器返流到下級葉輪的進(jìn)氣構(gòu)件內(nèi)，以上構(gòu)建了循環(huán)往復(fù)的“首級→中間級→末級”三級式葉輪壓縮，最后天然氣會經(jīng)由排氣蝸室排放至外部輸氣管道中。

2 誘發(fā)壓縮機(jī)停機(jī)故障的成因分析

從廣義上，可以將壓縮機(jī)停機(jī)故障細(xì)化為保壓停機(jī)、停機(jī)放空兩種類型。保壓停機(jī)階段，其內(nèi)儲有的天然氣并未放空；若放空壓縮機(jī)停運(yùn)，則其內(nèi)天然氣必然處于放空狀態(tài)。

2.1 保壓停機(jī)

誘發(fā)因素并不唯一，主要有如下幾點(diǎn)[2]：①機(jī)組軸振動超標(biāo)：在壓縮機(jī)本體驅(qū)動端及非驅(qū)動端、齒輪箱高速軸及低速軸軸承位置均裝有振動探頭，負(fù)責(zé)監(jiān)測各設(shè)備的振動指標(biāo)，若設(shè)定的間隙壓力不合理或機(jī)組運(yùn)行階段出現(xiàn)劇烈波動、葉輪表面吸附較多雜質(zhì)時、安裝階段壓軸力量過大等，均可能造成機(jī)組振動超標(biāo)。②機(jī)組軸承過熱且溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)定值。③機(jī)組軸出現(xiàn)較大的偏移量。④機(jī)組潤滑油系統(tǒng)供油壓力低于系統(tǒng)設(shè)定停機(jī)值。⑤儀表風(fēng)壓力明顯小于設(shè)計值。⑥熱旁通閥出現(xiàn)導(dǎo)通情況。⑦SCADA 系統(tǒng)形成了保壓停機(jī)信號。⑧機(jī)組外電路有異常。⑨變頻器運(yùn)轉(zhuǎn)階段突發(fā)故障。⑩其他故障，比如在機(jī)房就地開啟壓縮機(jī)、壓縮機(jī)電源接觸不良等。

2.2 放空停機(jī)

壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)階段，放空停機(jī)狀況發(fā)生的風(fēng)險偏低，停運(yùn)成因基本與放空壓力以及部分油管之間存在相關(guān)性。若壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)階段，防喘閥無征兆的反常啟動，則將會對設(shè)備結(jié)構(gòu)完整度、主要性能指標(biāo)等形成較明顯損傷，在這樣的工況下，故障檢測器監(jiān)測到系統(tǒng)運(yùn)行階段出現(xiàn)了較嚴(yán)重故障，有兩個檢測開關(guān)被連通，此時機(jī)組會做出應(yīng)急反應(yīng)，步入至停運(yùn)狀態(tài)中，為規(guī)避釀成更為慘重的事故，壓縮機(jī)會放空停機(jī)。針對誘發(fā)該類故障的因素，可以做出如下幾點(diǎn)闡釋[3]：①干氣密封一次放空壓力值超過了聯(lián)鎖放空停機(jī)設(shè)定的值。②相關(guān)人員因粗心大意、操作行為欠缺規(guī)范性，主觀錯誤判斷按下了放空按鈕。③人員在機(jī)柜操作過程中，誤操作觸發(fā)ESD。④探測器探查到泄漏了大量可燃、易燃性氣體。⑤機(jī)組電柜性能出現(xiàn)問題。

3 預(yù)防及處理壓縮機(jī)停機(jī)的對策

按照專業(yè)可以將壓縮機(jī)停機(jī)故障劃分為機(jī)械系統(tǒng)故障、自控系統(tǒng)故障、電力系統(tǒng)故障、輔助系統(tǒng)故障、人員誤操作五個方面的問題。

3.1 機(jī)械系統(tǒng)的問題

離心式壓縮機(jī)內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，若任何一部分出現(xiàn)異常，則將會形成連帶效應(yīng)，干擾壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程，造成壓縮機(jī)停機(jī)，對正常生產(chǎn)作業(yè)效率形成的影響是顯而易見的。若檢測到壓縮機(jī)驅(qū)動端形成了較大的位移量，則將會造成轉(zhuǎn)子在后續(xù)運(yùn)行階段表層溫度顯著上升，頻繁且劇烈性振動，一旦振動超標(biāo)，將會誘發(fā)停機(jī)停運(yùn)。為有效解除以上問題，應(yīng)擬定完善的機(jī)械設(shè)備檢修體制，派遣專人定期檢查，例如檢測各個信號線與屏蔽層狀態(tài)，及時調(diào)換屏蔽結(jié)構(gòu)破損的電纜，以上是強(qiáng)化振動變送器絕緣屬性的有效方法之一[4]。嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)程開展預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)，并組織質(zhì)檢人員全程參與保養(yǎng)過程，把控維修質(zhì)量。

3.2 自控系統(tǒng)的問題

當(dāng)下天然氣長輸管道領(lǐng)域壓縮機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段，對自控系統(tǒng)的調(diào)控功能表現(xiàn)出較高依賴性，若該系統(tǒng)有異常，則將會增加壓縮機(jī)停機(jī)事件發(fā)生的風(fēng)險。既往有很多資料記載了與自控系統(tǒng)運(yùn)行故障相關(guān)內(nèi)容，基本是始源于邏輯異常及邏輯元件損傷[5]。這就提示在使用自控系統(tǒng)的邏輯流程前期，一定要綜合多個因素審視流程的準(zhǔn)確性，利用計算機(jī)技術(shù)模擬仿真流程運(yùn)轉(zhuǎn)情況，及時發(fā)現(xiàn)邏輯運(yùn)行階段存在的問題，規(guī)范性糾偏。同時由于機(jī)組振動、溫度檢測信號都在離心壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)部件旁邊，長時間振動容易導(dǎo)致信號線疲勞破損，從而造成信號失真，采用硬質(zhì)線能克服鎧裝線容易疲勞破損的弊端。

3.3 電力系統(tǒng)的問題

外電網(wǎng)是壓縮機(jī)正常運(yùn)行的重要支撐，尤其在雷雨多發(fā)的夏季運(yùn)行，電網(wǎng)電壓波動頻繁，容易造成過電壓和欠電壓停機(jī)，通過對供電系統(tǒng)增加失電跨越改造，可以杜絕絕大多數(shù)短時電壓波動造成的停機(jī)事故，在運(yùn)行中，國產(chǎn)機(jī)組可以實(shí)現(xiàn)1秒以內(nèi)的失電跨越，進(jìn)口機(jī)組可以達(dá)到6秒以內(nèi)失電跨越。同時，在運(yùn)行中建議將雙線路供電模式用于電路系統(tǒng)內(nèi)，日常巡檢階段若發(fā)現(xiàn)有一組線路運(yùn)行狀態(tài)異常，則能快捷式切換，借此方式去維護(hù)壓縮機(jī)運(yùn)行過程的連貫性。企業(yè)電力管理部門也也應(yīng)自覺將自身職能發(fā)揮出來，加大對上游變電狀況的監(jiān)測力度，從根本上確保線路切換工作效率，確保壓縮機(jī)不間斷運(yùn)行。

3.4 輔助系統(tǒng)的問題

潤滑油供油系統(tǒng)壓力過低以及高位油箱液位陡降均會導(dǎo)致壓縮機(jī)故障停機(jī)，需要定期對壓力傳感器進(jìn)行檢定檢查，確保壓力傳感器完好可用；高位油箱液位由于設(shè)計缺陷，虹吸導(dǎo)致液位在短時間內(nèi)陡降導(dǎo)致停機(jī)，可以增加限流孔板以杜絕虹吸現(xiàn)象出現(xiàn)；另外，儀表風(fēng)系統(tǒng)要確保水露點(diǎn)在要求的范圍內(nèi)，避免因?yàn)樗饵c(diǎn)超標(biāo)導(dǎo)致干氣密封組件處節(jié)流結(jié)冰導(dǎo)致動靜環(huán)之間摩擦加劇。

3.5 人員操作的問題

首先要降低運(yùn)行人員的操作頻次，加強(qiáng)運(yùn)行人員專業(yè)技能培訓(xùn)，有效降低因?yàn)槭д`導(dǎo)致的停機(jī)事故；其次要優(yōu)化工藝操作形式，比如，嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范要求，落實(shí)干氣密封排液的檢查工作。要求設(shè)備檢修人員要樹立居安思危的意識，在壓縮機(jī)正常運(yùn)行階段定期檢測帶液狀況，實(shí)時簡測水烴露點(diǎn)和粉塵量等指標(biāo)?？茖W(xué)更換干氣密封過濾器，力爭從氣質(zhì)上進(jìn)行控制。同時，可以對密封氣進(jìn)行預(yù)過濾，從而降低更換干氣密封的頻次。再如，加強(qiáng)干氣密封狀態(tài)下運(yùn)行時間長度的調(diào)控，特別要盡量減縮500r/min工況下的運(yùn)作時間，設(shè)定這一要求有益于維持動靜環(huán)間穩(wěn)定間隙對應(yīng)安全裕量的充足性，減輕對密封面的磨損程度。

4 結(jié)語

在天然氣管道運(yùn)輸階段，離心式壓縮機(jī)發(fā)揮支撐性作用，故而應(yīng)予以設(shè)備停機(jī)問題足夠重視，相關(guān)單位重視日常巡視檢查工作，全面分析誘發(fā)停機(jī)故障的因素，有針對性的加以防控。并樹立持續(xù)改進(jìn)維護(hù)方案，將故障發(fā)生的風(fēng)險降至最低，從根本上解除機(jī)組非計劃停機(jī)等問題。