長輸管道燃驅(qū)壓縮機啟機典型故障分析及處理

郭建良 裴志剛

國家管網(wǎng)集團西氣東輸管道分公司山西輸氣分公司 山西太原 030006

西氣東輸某站GE LM2500+ 型燃驅(qū)壓縮機組，其啟機過程為：初始由液壓啟動器拖動燃氣輪機轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)，加速到2100r/ min 盤車5min 后，降速預備點火；當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至1470r/ min 時開始升速，升速過程中系統(tǒng)點火；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到1700r/ min 時，主燃油噴嘴開始工作，啟動火苗點燃，形成穩(wěn)定的燃燒火焰，渦輪開始輸出功率；此后，燃氣輪機轉(zhuǎn)子在液壓啟動器和渦輪的共同帶動下開始加速，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不斷提高，流入燃氣輪機空氣流量也不斷加大，壓力逐漸升高，燃氣能量也隨之加大，此時渦輪輸出更大功率；當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到4400r/ min時，渦輪發(fā)出的扭矩大大超過轉(zhuǎn)子的阻力矩，液壓啟動器脫扣，此時燃氣輪機僅靠渦輪帶動，在120s 內(nèi)加速到怠速（6800r/ min），啟動過程結束。

機組正常啟機過程中，各階段速度點控制及點火過程是機組啟機成功與否的關鍵。西氣東輸某站GE 機組自2020 年9 月份至2021 年3 月份期間，曾有3 次啟機過程中觸發(fā)EC2.GGIDLEFIT（GG 轉(zhuǎn)速未達到怠速）報警，導致啟機失敗。以下針對E LM2500+ 型燃驅(qū)壓縮機機組啟機過程中無法達到怠速故障進行了分析及處理，對影響各階段速度點控制及點火過程的重要因素及調(diào)整方法進行了詳細討論，為后續(xù)機組啟機同類故障積累了相應的處理經(jīng)驗。

1 原因分析及故障處理

1.1 燃氣組分含氮氣高、熱值低、水漏點高、壓力低

站場燃料氣大多為天然氣或與煤層氣混合的氣體。通過上下游色譜分析和水露點分析儀對混合氣體進行組分分析，天然氣氣質(zhì)不存在問題，且備用機組使用同樣匯管的燃料氣，啟機過程未出現(xiàn)過此類情況，從而排除燃氣組分含氮氣高、熱值低這個原因。

1.2 燃調(diào)閥閥門故障或控制板offset 設置不正確

現(xiàn)場檢查偏移量設置與燃調(diào)閥銘牌，發(fā)現(xiàn)數(shù)值一致，均為20.40。

1.3 液壓啟動器故障，油壓低，不能快速將GG托轉(zhuǎn)到脫扣轉(zhuǎn)速

現(xiàn)場嘗試切換液壓啟動器后重新啟動，同樣報警導致啟機失敗。而與之共用一套液壓啟動撬的備用機組啟機過程未出現(xiàn)過該情況，所以排除液壓啟動器故障。

1.4 VSV曲柄存在磨損，無法正常驅(qū)動GG葉片

現(xiàn)場檢查VSV 曲柄，未發(fā)現(xiàn)有磨損情況。

1.5 GG壓氣機葉片積垢，降低燃機的效率

經(jīng)過現(xiàn)場檢查及分析，初步可以排除燃料氣、液壓啟動器及VSV 磨損等原因?qū)е聶C組無法達到怠速。2018 年該站2# GE 機組曾發(fā)生過2 次無法達到怠速轉(zhuǎn)速而引起機組無法啟機的情況，分別是通過更換燃調(diào)閥和水洗GG解決問題的。站場技術人員依據(jù)此經(jīng)驗對故障進行解決。

現(xiàn)場人員依據(jù)此經(jīng)驗和報警信息，推斷可能是2# GE 機組GG 葉片臟引起的（初步考慮燃調(diào)閥故障理應伴隨著燃調(diào)閥相關報警信息），隨即進行孔探，發(fā)現(xiàn)GG葉片上附著污垢并不嚴重，達不到影響啟機的程度。但根據(jù)報警與2018 年5 月8 日停機報警相似，決定對GG 進行水洗。水洗后故障仍未排除，由此斷定葉片臟并非導致機組無法達到怠速的根本原因。

過去5年里，行業(yè)銷售利潤率大約在7.5%。公司管理層準備實行新經(jīng)營設施計劃，包括一套辦公管理方法以及區(qū)別于目前的不同生產(chǎn)方式。新設施在技術上將更先進，而對勞動力的需要將相對減少，這顯然符合行業(yè)發(fā)展的新趨勢。管理層認為，公司順應管理、技術和金融發(fā)展的新潮流，增加投資并進行融資，新設施管理實踐上進行改進的是公司經(jīng)營風險的評估方法(以下簡稱“新模式”)。公司目前在評估成本、銷售量和利潤或虧損之間的關系時，主要依靠盈虧平衡分析方法(以下簡稱“舊模式”)。這在將新產(chǎn)品推入到一個已知規(guī)模的現(xiàn)有市場時非常有效，趨勢性把握更為準確，具體分別見表2、表3。

1.6 燃調(diào)閥開度過小

燃調(diào)閥維修后需要重新標定offset 值。標定方法為：燃調(diào)閥在正常情況下，強制閥門開度1%，觀察閥芯應剛好看到閥門開度尖角，閥門強制全關則看不到閥芯缺口。如1%時未看到閥芯尖角，說明開度過小；0%時仍然能看到尖角，說明閥門開度過大。此時需要調(diào)整閥門偏移量offset。

現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，在強制開度為1%時，是無法看到閥芯缺口的，只有強制開度為2%時，方可看到閥門缺口。圖1和圖2 為閥門檢查時的圖片，由于現(xiàn)場空間狹小，無法拍清閥門缺口。

圖1 燃調(diào)閥全開時閥芯

圖2 燃調(diào)閥開度1%時

由于檢查燃調(diào)閥開度較小，用調(diào)試筆記本連接Woodward 控制器修改閥門offset。經(jīng)過調(diào)試，將燃調(diào)閥offset 值從20.4 修改為20.8 正好符合要求（開度為1%時，可以看到閥門缺口）。修改后，啟動GE 機組進行熱盤車，GG 順利達到6800r/ min。

此方法只適用于經(jīng)過修理的燃調(diào)閥，在不確定offset的情況下，可以依據(jù)這種方法進行標定得到offset 值，新閥是不需要修改的。而2# GE 機組的燃調(diào)閥是在2018 年新?lián)Q的，沒有維修過。這種修改offset 值的方法只是強制修改了燃調(diào)閥開度的線性值，雖然啟機成功，但問題沒有得到根本解決。

1.7 參與燃料控制的部分儀表測量值不準確

1.7.1 計量閥輸出命令“GFMVPOSCMD”邏輯

通過解讀邏輯發(fā)現(xiàn)，燃調(diào)閥的開關面積受PIT228 和PIT229 的壓力值，以及TIT221 的溫度值控制（GP1 和GP2 分別對應PIT228 和PIT229），邏輯關系見式（1）。

1.7.2 GE LM25OO+ 機組燃料控制方式

表1 參與燃料控制方式表

燃調(diào)閥根據(jù)當前需要的燃燒室燃料供給流量，由閥前、閥后壓力通過三維插值計算當前需要的閥位開度，快速響應調(diào)整燃料流量，以使機組達到設定工況。

從GE LM25OO+ 機組啟機控制方式分析，機組從開始啟機到怠速，控制方式如表2 所示。2# GE 機組啟機過程中，觸發(fā)EC2.GGIDLEFIT（GG 轉(zhuǎn)速未達到怠速）報警，導致機組啟機失敗是在加速到怠速的過程中，所以機組處于最大燃料控制WFHPRX。

表2 機組從開始啟機到怠速燃料控制方式切換表

1.7.3 機組進入最大燃料控制模式計算過程

最大允許燃料供應值 WFMAX 由計算表Table T191 _1 和Table T191_2 插值計算取小值得到，NGGR 為NGG 根據(jù)T2 溫度修正的轉(zhuǎn)速，T2RTE 為GG入口溫度計算值。

計算表Table T191_2 為當前轉(zhuǎn)速下引起燃機超溫的燃料供給量WFRADTOPMX（磅/ h）；Table T191_l查表結果與當前壓氣機出口壓力計算值PS3EST 加權相乘得到P3 燃料保護值WFPHIMAXC（磅/ h）。最大燃料計算表Table T191_l 和Table T191_2 分別如表3 和表4 所示。

綜上所述，可以得出以下結論：

（1）影響燃調(diào)閥開度的因素包括燃調(diào)閥上下游壓力GP1 和GP2，以及燃料氣進氣溫度TIT221；

（2）影響機組進入Max Fuel Cntl 限制保護的因素包括燃機入口溫度T2 和壓氣機排氣壓力P3。

2 現(xiàn)場實際處理過程

在以上邏輯分析的指導下，現(xiàn)場對參與燃調(diào)閥開度和Max Fuel Cntl 限制保護的儀表進行參數(shù)校對，發(fā)現(xiàn)燃調(diào)閥上游壓力變送器GP1 和壓氣機出口壓力變送器PIT455A/ B 測量值存在異常。參數(shù)分析如表5 所示,PIT228、PIT455A 和PIT455B 都是絕壓表，在停機狀態(tài)下的測量值應該為當?shù)氐拇髿鈮?，?3.328psi。由表可以看出，3 塊壓力儀表測量值均存在零點漂移。

表5 參數(shù)分析校對表 psi

現(xiàn)場隨即對零點漂移的3 塊壓力變送器進行零點標定。零點調(diào)整后，在IDLE 模式下啟動2# GE 機組，GG 順利達到6800r/ min。至此，判定GE 機組GG 轉(zhuǎn)速未達到怠速啟機失敗原因為PIT228、PIT455A 和PIT455B 零點漂移導致。

3 結論與建議

近年來，長輸管道GE/ NP 壓縮機組發(fā)生多次無法達到怠速的故障，各場站均積累了一定的處理經(jīng)驗。為避免類似故障再次發(fā)生，切實保障壓縮機穩(wěn)定，建議如下：

（1）定期檢查機組VSV 曲柄磨損情況，一旦發(fā)現(xiàn)磨損，及時報備并更換；

（2）注意檢查進氣過濾器濾芯，及時清除濾芯表面的大塊狀雜物，避免雜物粘結在濾芯表面，從而引起過濾效果差，導致機組阻力增大故障；

（3）液壓啟動器作為機組的托轉(zhuǎn)設備，應定期進行保養(yǎng)；

（4） 在日常保養(yǎng)中將GE/ NP 機組4 塊絕壓表（PIT228、PIT229、PIT455A/ B）的零點校準一并進行；

（5）燃調(diào)閥作為GG 的運行的核心設備，在對燃調(diào)閥進行作業(yè)的內(nèi)容一定要有據(jù)可依，不能憑借經(jīng)驗進行故障處理，以免影響機組的安全運行；

（6）人員技術能力是機組平穩(wěn)運行的“壓艙石”，因此加大對專業(yè)人員的培訓，才能從根本上提高現(xiàn)場故障的處理能力。

天然氣管輸行業(yè)作為國民經(jīng)濟的重要保障支柱，有著不可或缺的作用。對于管輸行業(yè)來講，保障壓縮機的可靠性、可用性是其重要工作內(nèi)容。確保壓縮機穩(wěn)定，從某種意義來講就是保障國民經(jīng)濟。以上就壓縮機怠速典型故障進行了深入分析，對其本質(zhì)原因進行了剖析，為今后場站遇到類似問題快速判斷、解決問題提供了寶貴經(jīng)驗。