長輸天然氣管道離心式壓縮機異常停機原因與應對策略研究

王訓鋒 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

離心式壓縮機憑借自身持有的諸多優勢，在石油、天然氣、化工、冶金、制冷等諸多行業均有應用，應用成效也是較為理想的。離心式壓縮機轉速高、流量大，在天然氣長輸管道領域優勢明顯。在生產運行中，積極探查誘發離心式壓縮機停機故障的成因，立足于現實工況，采用有效的處理措施，降低壓縮機故障停機的頻次，是長輸管道運行階段應積極落實的內容。

1 離心壓縮機組結構組成及工作原理

離心壓縮機組本體、主電機、齒輪箱、干氣密封系統、控制系統、供電系統及輔助系統（儀表風系統、循環水系統、潤滑油系統）等均是離心壓縮機組的構成，各系統及設備設施對運轉安穩程度均有嚴格的要求。

主電機的功能是通過齒輪箱驅動壓縮機主軸葉輪高速旋轉，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壓器內，并在擴壓器內提高壓力。以此方式，葉輪中部形成低壓區域，使前方滯留的氣體經由吸氣室被吸入至葉輪，因葉輪不間斷轉動，故而也就有氣體源源不斷的被整合到擴壓器內，以上是確保壓縮機內氣體流動持續性的重要基礎[1]。在離心作用下速度逐漸上升，并能以較大速率脫離葉輪，流經擴壓器以后天然氣緩緩跌落，促進動能轉型為靜壓能、壓力指標持續上升過程，最后經由彎道、回流器返流到下級葉輪的進氣構件內，以上構建了循環往復的“首級→中間級→末級”三級式葉輪壓縮，最后天然氣會經由排氣蝸室排放至外部輸氣管道中。

2 誘發壓縮機停機故障的成因分析

從廣義上，可以將壓縮機停機故障細化為保壓停機、停機放空兩種類型。保壓停機階段，其內儲有的天然氣并未放空；若放空壓縮機停運，則其內天然氣必然處于放空狀態。

2.1 保壓停機

誘發因素并不唯一，主要有如下幾點[2]：①機組軸振動超標：在壓縮機本體驅動端及非驅動端、齒輪箱高速軸及低速軸軸承位置均裝有振動探頭，負責監測各設備的振動指標，若設定的間隙壓力不合理或機組運行階段出現劇烈波動、葉輪表面吸附較多雜質時、安裝階段壓軸力量過大等，均可能造成機組振動超標。②機組軸承過熱且溫度遠遠高于設定值。③機組軸出現較大的偏移量。④機組潤滑油系統供油壓力低于系統設定停機值。⑤儀表風壓力明顯小于設計值。⑥熱旁通閥出現導通情況。⑦SCADA 系統形成了保壓停機信號。⑧機組外電路有異常。⑨變頻器運轉階段突發故障。⑩其他故障，比如在機房就地開啟壓縮機、壓縮機電源接觸不良等。

2.2 放空停機

壓縮機運轉階段，放空停機狀況發生的風險偏低，停運成因基本與放空壓力以及部分油管之間存在相關性。若壓縮機運轉階段，防喘閥無征兆的反常啟動，則將會對設備結構完整度、主要性能指標等形成較明顯損傷，在這樣的工況下，故障檢測器監測到系統運行階段出現了較嚴重故障，有兩個檢測開關被連通，此時機組會做出應急反應，步入至停運狀態中，為規避釀成更為慘重的事故，壓縮機會放空停機。針對誘發該類故障的因素，可以做出如下幾點闡釋[3]：①干氣密封一次放空壓力值超過了聯鎖放空停機設定的值。②相關人員因粗心大意、操作行為欠缺規范性，主觀錯誤判斷按下了放空按鈕。③人員在機柜操作過程中，誤操作觸發ESD。④探測器探查到泄漏了大量可燃、易燃性氣體。⑤機組電柜性能出現問題。

3 預防及處理壓縮機停機的對策

按照專業可以將壓縮機停機故障劃分為機械系統故障、自控系統故障、電力系統故障、輔助系統故障、人員誤操作五個方面的問題。

3.1 機械系統的問題

離心式壓縮機內部構造復雜，若任何一部分出現異常，則將會形成連帶效應，干擾壓縮機運轉過程，造成壓縮機停機，對正常生產作業效率形成的影響是顯而易見的。若檢測到壓縮機驅動端形成了較大的位移量，則將會造成轉子在后續運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，將會誘發停機停運。為有效解除以上問題，應擬定完善的機械設備檢修體制，派遣專人定期檢查，例如檢測各個信號線與屏蔽層狀態，及時調換屏蔽結構破損的電纜，以上是強化振動變送器絕緣屬性的有效方法之一[4]。嚴格依照相關規程開展預防性維護保養，并組織質檢人員全程參與保養過程，把控維修質量。

3.2 自控系統的問題

當下天然氣長輸管道領域壓縮機正常運轉階段，對自控系統的調控功能表現出較高依賴性，若該系統有異常，則將會增加壓縮機停機事件發生的風險。既往有很多資料記載了與自控系統運行故障相關內容，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的邏輯流程前期，一定要綜合多個因素審視流程的準確性，利用計算機技術模擬仿真流程運轉情況，及時發現邏輯運行階段存在的問題，規范性糾偏。同時由于機組振動、溫度檢測信號都在離心壓縮機運轉部件旁邊，長時間振動容易導致信號線疲勞破損，從而造成信號失真，采用硬質線能克服鎧裝線容易疲勞破損的弊端。

3.3 電力系統的問題

外電網是壓縮機正常運行的重要支撐，尤其在雷雨多發的夏季運行，電網電壓波動頻繁，容易造成過電壓和欠電壓停機，通過對供電系統增加失電跨越改造，可以杜絕絕大多數短時電壓波動造成的停機事故，在運行中，國產機組可以實現1秒以內的失電跨越，進口機組可以達到6秒以內失電跨越。同時，在運行中建議將雙線路供電模式用于電路系統內，日常巡檢階段若發現有一組線路運行狀態異常，則能快捷式切換，借此方式去維護壓縮機運行過程的連貫性。企業電力管理部門也也應自覺將自身職能發揮出來，加大對上游變電狀況的監測力度，從根本上確保線路切換工作效率，確保壓縮機不間斷運行。

3.4 輔助系統的問題

潤滑油供油系統壓力過低以及高位油箱液位陡降均會導致壓縮機故障停機，需要定期對壓力傳感器進行檢定檢查，確保壓力傳感器完好可用；高位油箱液位由于設計缺陷，虹吸導致液位在短時間內陡降導致停機，可以增加限流孔板以杜絕虹吸現象出現；另外，儀表風系統要確保水露點在要求的范圍內，避免因為水露點超標導致干氣密封組件處節流結冰導致動靜環之間摩擦加劇。

3.5 人員操作的問題

首先要降低運行人員的操作頻次，加強運行人員專業技能培訓，有效降低因為失誤導致的停機事故；其次要優化工藝操作形式，比如，嚴格依照相關規范要求，落實干氣密封排液的檢查工作。要求設備檢修人員要樹立居安思危的意識，在壓縮機正常運行階段定期檢測帶液狀況，實時簡測水烴露點和粉塵量等指標。科學更換干氣密封過濾器，力爭從氣質上進行控制。同時，可以對密封氣進行預過濾，從而降低更換干氣密封的頻次。再如，加強干氣密封狀態下運行時間長度的調控，特別要盡量減縮500r/min工況下的運作時間，設定這一要求有益于維持動靜環間穩定間隙對應安全裕量的充足性，減輕對密封面的磨損程度。

4 結語

在天然氣管道運輸階段，離心式壓縮機發揮支撐性作用，故而應予以設備停機問題足夠重視，相關單位重視日常巡視檢查工作，全面分析誘發停機故障的因素，有針對性的加以防控。并樹立持續改進維護方案，將故障發生的風險降至最低，從根本上解除機組非計劃停機等問題。