對天然氣壓縮機全面故障管理的研究

馬科篤 潘 何 吳 靜 馮澤江 張 翼

作者通聯(lián)：中國石油西南油氣田公司裝備處 成都市府青路一段五號 610051

E-mail：makedu@petrochina.com.cn

一、引言

往復式壓縮機在西南油氣田天然氣采輸增壓生產(chǎn)工藝中應(yīng)用廣泛，目前總量已達300余臺，裝機功率超過10萬kW。如何處理大批量同類天然氣壓縮機（以下簡稱壓縮機）故障，有效降低生產(chǎn)影響，是設(shè)備運行管理的重點和難點，公司在長期的實踐中，探索出一套行之有效的全面故障管理方法。

二、對全面故障管理的認識

1.含義

全面故障管理是指對故障部位、現(xiàn)象、程度、發(fā)生時間、頻率、原因等要素進行全面有效監(jiān)督、控制、分析、研究，并采取相應(yīng)對策消除故障的技術(shù)管理行為。公司原來的壓縮機故障管理主要是對具體故障的分析與處理，忽視了長期積累故障的層級分析與研究。按照全面故障管理理論，不但要對每臺壓縮機具體故障分析，查明故障原因，采取處理措施，同時還必須對企業(yè)所有壓縮機的故障基本狀況、主要問題及發(fā)展趨勢等做全面剖析，找到管理中的薄弱環(huán)節(jié)，并采取針對性措施預防或減少故障。實施壓縮機全面故障管理立足于對公司業(yè)務(wù)范圍機組故障的全面掌握和分析，注重的是對壓縮機某時段故障的規(guī)律性、代表性和趨勢方向，它有別于單一故障處理時強調(diào)的可靠性和及時性。

表1 壓縮機故障系統(tǒng)化管理程序與內(nèi)容

2.開展研究的必要性

（1）提高故障處理水平，保障壓縮機可靠性。公司壓縮機的現(xiàn)狀是機組分散且機型較多，相關(guān)人員年輕化且技術(shù)管理基礎(chǔ)薄弱，運行維修以外委模式為主，這些都不利于壓縮機故障處理水平的提高。通過對全面故障管理研究，預期發(fā)現(xiàn)同類問題在不同人員、機組、外委維修商方面的差異，取長補短，提高機組的連續(xù)運行能力。

（2）適應(yīng)機組規(guī)模增加、選型變化的生產(chǎn)現(xiàn)場管理需要。近年來公司壓縮機組規(guī)模年增10%以上，且分散于川渝山區(qū)，相對一般的廠內(nèi)設(shè)備管理難度大；公司從1983年起應(yīng)用壓縮機，按故障“浴盆曲線”進入耗損故障期機組已達30%，故障相應(yīng)增多；近年新增分體式壓縮機較多，其發(fā)動機具有系統(tǒng)復雜、轉(zhuǎn)速高、排量大的特性，使故障頻率、處理難度和對生產(chǎn)影響加大。在壓縮機全面故障管理研究中，將散亂的機組技術(shù)信息統(tǒng)一分析，為現(xiàn)場技術(shù)管理提供依據(jù)，可找出典型問題并制定針對性解決措施。

（3）降低運維成本，提高企業(yè)經(jīng)濟效益。公司天然氣生產(chǎn)對壓縮機的依賴性逐年增強，其運行性能優(yōu)劣直接影響著公司生產(chǎn)任務(wù)的完成。調(diào)研發(fā)現(xiàn)不同單位同類型壓縮機平均故障間隔期MTBF存在從幾百小時到幾千小時的差異，深入分析應(yīng)大有降低故障頻率的空間。通過全面故障管理應(yīng)找出并解決機組典型故障，在提高機組MTBF、增加天然氣生產(chǎn)能力的同時，起到降本增效的作用。

三、壓縮機全面故障管理方案

自2008年以來以全面故障管理八步法為基礎(chǔ)，對公司大批量壓縮機開展故障系統(tǒng)化管理研究，現(xiàn)已完善為表1所示信息收集、故障分析、故障處理、技措跟蹤4個層次的技術(shù)方案，現(xiàn)對方案的創(chuàng)新點逐一闡述。

1.單一故障分析

是對具體某臺機組故障的分析，一般情況下以故障信息記錄為據(jù)即可。在某些故障原因難以直接得出時，可利用PM分析法、FTA分析法或分步分析法等做深入剖析，如因泄漏、潤滑導致的RTY500壓縮機十字頭組件頻繁燒損故障。

2.分類故障分析

是壓縮機系統(tǒng)化管理的核心內(nèi)容，經(jīng)幾年探索完善為故障部位、類型、原因和專項分析等。

（1）故障類型：是指造成某一故障事件時零部件的主要失效性質(zhì)，由表2的15項組成。首先將機組分為機械部件和儀控系統(tǒng)，其中機械部件按結(jié)構(gòu)損傷與狀態(tài)劣化性質(zhì)進行了細分，另外結(jié)合天然氣含硫特點又細化出腐蝕、泄漏和潤滑類故障。

表2 壓縮機故障類型劃分表

（2）故障原因：是指造成故障發(fā)生的深層次因素，共分為設(shè)計、制造、操作、維護、選型、安裝調(diào)試和運行環(huán)境等7項。與故障類型相比，它反映的是引起故障的管理不當、技術(shù)不到位等間接因素，而故障類型則從故障現(xiàn)象可直接得出。

（3）專項分析：公司應(yīng)用了各時期大量的壓縮機，為開展表2的3種專項分析創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件。實踐證明長期跟蹤分析不同型號、廠家、投產(chǎn)時間機組，可為新增機組選型配套和各項技術(shù)研究提供工程依據(jù)。

3.指標評價分析

壓縮機故障系統(tǒng)化管理的目的在于降低故障，提高機組可靠性，減少生產(chǎn)影響，因此需要一些量化指標對故障管理的效果進行評價，詳見表1。MTBF反映了某段時間某臺壓縮機的連續(xù)運行能力，經(jīng)離散數(shù)據(jù)擬合后還可用于同類機組的平均運行能力評價。故障頻率F是對單臺壓縮機平均故障概率的量化。單機故障產(chǎn)量影響E反映了故障對天然氣生產(chǎn)的直接影響，單次故障換件費用C則是故障維修成本的量化。

四、方案應(yīng)用

2008年以來，上述方案已在公司300余臺壓縮機1700多次故障上實際應(yīng)用，對掌握機組技術(shù)狀況和故障趨勢，降低故障率，提高經(jīng)濟效益起到了積極作用。

1.信息收集方面

（1）通過基本信息分析，一方面發(fā)現(xiàn)公司壓縮機主要驅(qū)動功率在300kW左右（約35%），且以燃氣驅(qū)動為主（約88%）；另一方面公司運行后期壓縮機增多至近100臺，近年新增機組每年達10%以上，都可能是機組故障頻次增長的主要因素。

（2）由于摸清了機組技術(shù)狀況，使立項開展壓縮機針對性研究成為可能，先后開展了運行后期機組安全使用評價技術(shù)研究，對近年大量新增大功率分體機組的潛在影響研究等科研項目。

（3）大量故障信息匯集形成了公司壓縮機故障數(shù)據(jù)庫，可供專業(yè)技術(shù)人員學習和具體故障處理時借鑒，是寶貴的無形資源。

2.故障分析方面

（1）掌握了如表3的公司壓縮機故障發(fā)展趨勢和單機故障對產(chǎn)量的影響趨勢，單機故障頻率開始明顯下降，但單機故障對產(chǎn)量影響呈增大趨勢。

表3 壓縮機故障與產(chǎn)量影響趨勢

（2）通過分類故障分析發(fā)現(xiàn)，近4年來儀控系統(tǒng)、混合閥和氣閥均為故障前三位，是故障降低應(yīng)努力的重點方向，見表4。為此分別制定專項方案。在2010年實施后，已先后取得混合閥、氣閥故障次數(shù)下降的成效。斷裂、磨損、老化是高發(fā)故障類型，因與故障部位結(jié)論相似，不再贅述。

表4 壓縮機高發(fā)故障部次/（%）

（3）專項分析表明新投產(chǎn)機組故障頻率較老機組高，但在堵住了廠內(nèi)監(jiān)造和試車環(huán)節(jié)漏洞后故障頻率已由2008年的3.57次/臺降為2011年的2.87次/臺。另外，還總結(jié)出有代表性的幾種類型機組故障率：2011年度美國DPC機組、國產(chǎn)ZTY機組和RTY分體機組故障頻率依次升高，分別為1.58、1.88和2.06次/臺。

3.故障處理方面

（1）因系統(tǒng)化管理使典型問題得以暴露，相應(yīng)技術(shù)措施的跟進成為必然，如對RTY500分體機十字頭組件頻繁故障分析后將中體由A型改進為B型，RTY400分體機聯(lián)軸器故障分析后明確了橡膠聯(lián)軸器適應(yīng)性差等。

（2）針對燃氣進氣混合閥的性能對比試驗和結(jié)合氣質(zhì)的專用氣閥設(shè)計等專項方案，在故障系統(tǒng)化管理中陸續(xù)實施，為降低同類高發(fā)故障打下了基礎(chǔ)。

五、取得的效果

對壓縮機故障系統(tǒng)化管理研究是設(shè)備精細化管理的體現(xiàn)，經(jīng)過幾年的實踐，2011年末的評價指標相對上年已全面好轉(zhuǎn)，為公司帶來過百萬的經(jīng)濟效益。平均MTBF為1100h，提高22%，單機故障頻率F為1.71次/臺，下降19%，單機故障換件費用C為1.44萬元/次，下降12%。可見公司壓縮機故障系統(tǒng)化管理起到了降低故障、減少對生產(chǎn)影響和降本增效作用。

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