壓氣站離心式壓縮機機組故障以及優化途徑探析

何偉

摘要：離心式壓縮機作為壓氣站的關鍵設備，其工作性能的良好性，決定了壓氣站運行的穩定I陛及可靠性，進而會影響到天然氣的正常、安全輸送。從當前壓氣站離心式壓縮機機組實際應用情況來看，故障問題仍是比較常見的，導致離心式壓縮機無法正常運轉，不利于天然氣生產任務的順利完成，并且還存在較大的安全隱患。為改善壓氣站離心式壓縮機機組工作性能，就需要采取針對性優化措施，杜絕故障問題的出現，文章對此進行了詳細分析，對壓氣站建設和管理具有一定的指導作用。

關鍵詞：壓氣站；離心式壓縮機；機組故障；優化途徑

0引言

壓氣站在整個天然氣輸送管道中扮演著重要角色，主要起到過濾、分輸、計量、氣質監測等作用，而壓氣站這些作用的有效發揮，都是建立在離心式壓縮機機組正常、穩定運行基礎上的，所以，對其進行優化改造，降低故障發生幾率，具有重要的現實意義。某壓氣站現役離心式壓縮機機組正常檢修頻率為每年一次，但是，在近幾年使用過程中，機組經常出現溫度、壓力異常現象，經過對故障原因分析，決定使用旋風分離器對其進行改造，以有效解決離心式壓縮機機組故障問題。

1壓氣站離心式壓縮機工作原理及功能

在對壓氣站離心式壓縮機機組故障進行優化處理之前，應先了解其工作原理以及運行特點，以此作為理論依據，確保故障問題的有效排除。

1.1離心式壓縮機工作原理

離心式壓縮機又叫做透平式壓縮機，由轉子和定子兩部分組成，主要包括葉輪、軸、氣缸、回流器、擴壓器等元件，其主要作用是對空氣進行壓縮，以滿足生產工藝需求。離心式壓縮機在運行時，葉輪的高速旋轉會生成離心力，此處壓力增強，帶動轉軸周圍的氣體進入到擴壓器中，此時葉輪周圍幾乎不存在氣體，處于真空狀態，外部的空氣便會不斷涌入。如此反復運轉，將葉輪處的氣體甩出并重新吸收，氣體便會始終處于流動狀態，進而實現對空氣的壓縮。

1.2離心式壓縮機運行特點

與傳統活塞式壓縮機相比，離心式壓縮機優點眾多：（1）設備結構更加簡單緊湊，在減小體積和重量的同時，還大幅提升了氣量；（2）運轉效率較高，并且安全可靠，裝置元件磨損程度較弱，所需備件及維修費較少，使用壽命較長；（3）對于化工介質來講，離心式壓縮機在運轉時，能夠做到絕對無油。

離心式壓縮機也存在一些缺點：（1）應用場合有一定的局限性，氣量較小或者壓比過高環境都不適用；（2）穩定運行狀態范圍十分有限，機組控制難度較大，并且整體應用成本較高；（3）機組效率有待提升，與活塞式壓縮機存在一定差距。

1.3壓氣站離心式壓縮機機組選型

離心式壓縮機選型是否合理，是影響機組運行效果及應用效益的主要因素之一，為確保離心式壓縮機與壓氣站的匹配性，避免出現設備故障現象，就需要做好設備選型工作。當前，在天然氣長輸管道中應用離心式壓縮機時，所用驅動方式主要有燃氣驅動和電力驅動兩種，可結合實際情況，確定是否設置備用機組。以我國西氣東輸系統、陜京系統為例，對各壓氣站所用離心式壓縮機進行調查統計，可以知道采用燃氣驅動和電力驅動的機組，分別占到了機組總數的60%和40%，且有70%的離心式壓縮機設有備用機組。

在選擇壓氣站離心式壓縮機機組時，需要從以下3方面進行考慮：（1）機組選型和配置基本都是一次到位，結合管線具體分布情況，以及天然氣輸送需求，分析不同時間段和輸送量條件下所需壓力，選擇功率與之相契合的機組；（2）綜合實用性、可靠性、經濟性、便捷性等多個方面，對不同類型機組進行對比分析，確定最為合適的一種，并根據壓氣站實際情況，選擇最佳的驅動方式；（3）位于同一個管線系統中的壓氣站，所用離心式壓縮機型號應保持一致，方便后期管理、維護及維修工作的順利開展，提高壓氣站整體運行的穩定性及可靠性。

2壓氣站離心式壓縮機機組故障

某壓氣站所用離心式壓縮機，所設計的每天可壓縮氣體量為100×10m3，與鼓風廠合作對其改造后，每天可壓縮氣體量為55×10m3，投入使用后，穩定狀況較為良好。近幾年，整個機組運行穩定性大大降低，設備故障現象發生次數明顯增多，其中3段出口處溫度和壓力偏高問題尤為突出，分別從原來的1.3 MPa和135℃，升高到1.55 MPa和146℃。對離心式壓縮機運行異常現象進行分析，可以知道造成3段出口出溫度和壓力偏高的原因，主要為吸入的氣體中混有油液、管線內腐蝕產物、藥劑顆粒等，沉積在壓縮機流道內，導致氣體無法通暢流通，造成壓力和溫度的異常升高。

在對離心式壓縮機故障進行分析時，主要分4步完成：（1）判斷壓力和溫度變化是否正常，工作人員利用專業儀器對壓力和溫度進行測量，得知壓力和溫度分別偏高0.02 MPa和2℃，沒有超出規定誤差范圍，3段出口和4段出口管線表面溫度分別為130℃和110℃，兩處Dcs顯示的數值分別為145.6℃和121.5℃，表明溫度確實有所升高，而壓力也會增大；（2）對離心式壓縮機振動情況進行分析，判斷振動是否正常。在檢測過程中，發現某轉子吸入端的振動值有所變化，比試運時高出了10 um，由原來的30 um增大至40 um。在離心式壓縮機投入使用后，該轉子的振動值會在36 um和46 um之間不斷變化，無法保證振動值的穩定性，每次波動時間大約為2 h，之后振動值會在38 um和40 um之間逐漸趨于穩定。與往年相比，該轉子吸入端振動值變化較大，高出了往年的1-2倍。利用S8000診斷系統，對離心式壓縮機振動情況進行分析，由診斷結果可判斷該轉子不具備良好的動平衡性能，即機組會出現異常振動現象；（3）從工藝流程角度進行分析，判斷離心式壓縮機的運行是否規范、合理。通過檢查發現，離心式壓縮機回流閥處，沒有出現泄露現象，閥門基本應用功能良好；同時，每個分離器也都處于良好工作狀態，液位真實，可正常排液，基本應用功能可有效發揮，整個離心式壓縮機機組均沒有泄露現象發生。在3段出口處壓力、溫度出現異常升高后，為順利完成天然氣輸送作業，壓氣站采取了相應措施，對離心式壓縮機運行狀態加以調控。具體操作是對機組進行降壓處理，將壓力及流量分別控制在2.35-2.4 MPa和15 000-15 500 m3/h之間，降壓處理后，3段出口出的壓力和溫度增大幅度有所減小，轉子吸入端的振動值變化也逐漸穩定，離心式壓縮機各項參數基本滿足正常運行標準要求；（4）對離心式壓縮機3段出口處壓力升高現象進行分析，找出造成這種問題的根本原因。由機組實際運行情況可知，壓力和溫度僅在3段出口處有所升高，而4段出口處的壓力和溫度沒有明顯變化，由此可推測4段流道出現堵塞，導致氣體無法通暢流動。因為流量不變，氣量減少，使得流道內壓力升高，出口總壓和進口總壓比值變大，溫度隨之升高。氣體在流通過程中，油液、管線內部腐蝕物、藥劑顆粒等雜物，碎氣體進入到流道內，受壓力和溫度的影響，粘附在流道內壁，隨著時間的推移，逐漸堆積堵塞流道。在現場調查中，發現該壓氣站所用離心式壓縮機，其4段流道都存在堵塞現象，以3段和4段較為嚴重。對沉積物進行取樣分析，發現雜物粒徑普遍在600 gm左右，最大粒徑超過了2000 gm。當前離心式壓縮機所用分離器，可以分離出的雜物，液滴和固體最小粒徑分別為400 gm和200 gm，難以實現較為理想的分析效果，為有效過濾掉進入流道內的雜物，需在流道入口處提升分離器分離效果。

3壓氣站離心式壓縮機機組故障的優化途徑

在對壓氣站離心式壓縮機故障現象進行分析，并總結出主要誘因后，便需要采取針對性措施對其進行優化改造，以提高機組運行的穩定性和安全性，降低故障發生幾率。根據調查分析結果可以得知，壓力、溫度異常升高，是該壓氣站離心式壓縮機存在的主要故障問題，而分離機分離效果差導致流道阻塞，是造成故障問題的主要原因，所以，在對離心式壓縮機機組故障進行優化時，主要是通過對旋風分離器進行改造來實現的。

此次改造所用分離器為旋流板式氣液分離器，其主體為兩端均是椎體的圓筒，分離器的核心部件為錐形旋流板，由多個葉片以圓的形式組合而成，每個葉片都設定有一個傾斜角度，在葉片的帶動下，經過的氣體將會成為旋轉氣流，在向心力所形成的慣性作用下，氣體中夾雜的油液，會沿著葉片所組成的圓的切線向外飛出，最終匯集到溢流槽中，進而便能夠將氣體中的油液清除干凈。使用該種類型分離器，能夠有效分離出氣體中液滴直徑在5-75 um之間的油液，可以大幅減小壓力，不容易造成堵塞問題。

現階段天然氣輸油管中所用分離器，主要有離心分離、慣性分離、過濾分離、重力分離幾種類型，結合該壓氣站所用離心式壓縮機特點，從經濟性角度經分析，可知離心分流器和重力分離器能夠實現較為理想的優化改造效果。使用兩種方案進行改造時，具體實現方式為分別是在現有分離器后方，增設一臺離心分離器，和用重力分離器取代現有分離器。對兩種方案進行比較，從分離效果、操作管理、改造成本等幾方面進行綜合分析，可以發現方案一明顯優于方案二，不僅能夠實現較為理想的分離效果，有效清除掉氣體中夾雜的油液等雜質，而且總造價較低，經濟效益良好，所以，決定采用方案一對離心式壓縮機進行改造。即在現有的立式分離器后，增設一臺旋風分離器，經改造后，可以實現對氣體中油液和雜質較為理想的分離效果，離心式壓縮機流道不會出現堵塞問題，有效解決了壓力、溫度異常升高故障。

4結語

對于壓氣站的穩定運行來講，必須要確保離心式壓縮機工作性能的良好性，杜絕故障問題的出現，進而才能順利完成生產作業。基于生產生活對天然氣等能源需求量不斷提升，天然氣輸送管道建設及改建工程也在大力開展，壓氣站作為整個管道系統的中轉站點，其運行情況與天然氣的輸送存在密切關系，只有加大對壓氣站關鍵性設備裝置的研究力度，采取有效措施和方法，對離心式壓縮機進行優化改造，才能保證機組正常、穩定運轉，避免故障問題的出現。