天然氣長輸管道壓縮機故障原因分析及對策研究

雷雨

（國家管網(wǎng)集團西氣東輸公司，上海 200120）

由于壓縮機的整體結構較為緊湊、壓縮后的氣體運行速度均勻，而且設備的工作效率較高，近年來被廣泛應用在天然氣管道市場中，已經(jīng)成為了天然氣運輸過程中的核心設備。但是由于其長時間處于運行的狀態(tài)，經(jīng)常會發(fā)生故障，影響控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性，無法保證設備的運行狀態(tài)。因此，相關工作人員必須做好壓縮機故障分析工作，同時制定相應的預防措施，保證天然氣長輸管道正常運轉。

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工程之一，為了確保天然氣管道的運輸壓力，必須要在一定的管輸距離處設計壓氣站，由于管道周圍的環(huán)境以及水電等因素的制約，該工程選用的是驅動式的離心壓縮機，由其為整個管道工程提供壓力。迄今為止，該長輸管道共設置了115套離心式壓縮機，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。由于壓縮機的整體結構較為復雜、附屬設備較多，令其容易發(fā)生故障，維修費用較高。因此，本文主要結合該工程分析造成壓縮機故障的原因，并提出科學合理的預防措施，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故障原因以及相應的預防措施分析

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

2.1 控制系統(tǒng)引發(fā)的故障分析

根據(jù)相關的資料顯示，當前控制故障是當前壓縮機最常發(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，主要是由于壓縮機高速運行導致的，以燃驅壓縮機為例，該設備長期在高溫高壓的狀態(tài)下運行，再加上控制系統(tǒng)具有多輸入和多輸出的特點。因此，屬于一個動態(tài)變化的系統(tǒng)，控制對象較為多變，令其對于控制方式和控制模型的要求較高，任何一個細微的零件發(fā)生故障，均有可能造成壓縮機發(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)相關的統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，探頭、液位計以及壓變故障儀等設備容易發(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，設備老化較為嚴重，致使其在運行的過程中，經(jīng)常出現(xiàn)數(shù)據(jù)不準確以及漂移等問題，嚴重威脅著整個系統(tǒng)運行的安全性和穩(wěn)定性。以本文中該工程使用的探測儀為例，該工程安裝了多個可燃氣體探測儀，設備最長的使用期限為10年，但是由于自然環(huán)境較為惡劣，導致設備風化嚴重，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，相關單位還應做好物資儲備工作，儀表發(fā)生故障時，可以及時更換。

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壓縮機為例，該壓縮機控制系統(tǒng)的網(wǎng)絡利用率超出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，并且及時將其傳輸出去，不僅優(yōu)化系統(tǒng)CPU參數(shù)，而且對于工作人員調(diào)節(jié)轉速以及燃料等參數(shù)也提供了便利。通常來說，掃描周期一般設置為5～20ms，而對于閥門狀態(tài)變化較小的參數(shù)，可以將參數(shù)設計為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)絡擁堵而發(fā)生丟包以及溢出等問題。

2.1.3 信號故障

假信號以及線路干擾等問題，約占控制系統(tǒng)故障總數(shù)的29%，當壓縮機在高速運行時，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，如果工作時間較長，就會出現(xiàn)絕緣老化以及接線松動等問題。具體的預防措施如下，必須定期對設備進行巡檢，做好壓縮機組的維修保養(yǎng)工作，尤其是要檢查好探頭的牢固情況，務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，同時屏蔽線的扎捆也要規(guī)范，避免對信號造成干擾。

2.1.4 硬件故障

機柜盤架以及繼電器等硬件發(fā)生故障，對于此類故障來說，預防措施較為簡單，不僅故障容易排查出來，而且維修也較為簡單，不會延誤生產(chǎn)運行工作。另外，在對各個控制模塊進行檢查時，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，由于壓縮機機械故障而造成的停機故障，約占總數(shù)的20%，主要特點就是維修時間長。以故障發(fā)生的時間段來分析，可以被分為投產(chǎn)初期與穩(wěn)定運行期。投產(chǎn)初期造成的故障一般均是由施工質量，或者是氣質問題而引發(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雜，造成干氣密封系統(tǒng)經(jīng)常發(fā)生損壞，在投產(chǎn)運行的初期，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，對于此類問題可以安裝一個干氣密封處理設備，通過此種方式，有效降低了故障頻率。對于穩(wěn)定運行期間壓縮機經(jīng)常會出現(xiàn)進口閥、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不合適，或者是線路虛接等問題，由于天然氣長輸管道長時間被暴露在自然環(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，使用穿線管對其進行固定，減少由于晃動而導致的摩擦。

另外，壓縮機的本體也容易發(fā)生故障，例如，壓縮機的進口濾網(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，維修時間較長，一般為半年左右，令機器長時間處于空機位的狀態(tài)，降低了壓縮機組的利用率。因此，為了避免其發(fā)生故障，相關的工作人員應做好日常監(jiān)測工作，如果發(fā)現(xiàn)此類故障，務必要及時維修，特別是要關注設備的潤滑情況，也可使用系統(tǒng)監(jiān)測設備，判斷壓縮機運轉狀態(tài)。與此同時，滾動軸承也是最常出現(xiàn)的一種故障，一旦其發(fā)生故障，就會造成內(nèi)外滾道出現(xiàn)問題，或者是滾體發(fā)生問題，如果滾動體發(fā)生缺陷，就會由于沖擊致使設備出現(xiàn)故障。對于此類故障，可以通過測量來判斷故障位置，然后進行維修。

除此之外，RMG調(diào)壓閥以及防喘閥等也是容易出現(xiàn)的機械故障，對于此列故障，工作人員應做好預防措施，例如，在工作量較少的時期，組織工作人員檢查并維修各個零部件，與此同時，物資管理部門也要加強備品的管理工作，結合設備的消耗情況，及時購買相應的設備，保證壓縮機的正常運行。

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，主要體現(xiàn)在以下方面，以RR壓縮機為例，其是由電機驅動的，一旦發(fā)生外電波動，就可能由于壓力降低，而造成停車。而對于長輸天然氣管道而言，由于其距離城市較遠，自然環(huán)境較為惡劣，在建設初期使用的是質量較差的電塔，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)生動作。例如，一旦冬季出現(xiàn)大風，就會令設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。對于此類故障，應開展升級改造工程，將其改造為雙回路用電，有利于降低外部干擾對于系統(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，尤其是要加強外電線路的巡檢工作。例如，工作人員應檢查好壓線以及修補情況，及時更新?lián)p害的導線，按時更換設備零件，保證整個壓縮機組的正常運行。

3 結語

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