長輸天然氣管道離心式壓縮機異常停機原因與應(yīng)對策略研究

王訓(xùn)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(yōu)勢，在石油、天然氣、化工、冶金、制冷等諸多行業(yè)均有應(yīng)用，應(yīng)用成效也是較為理想的。離心式壓縮機轉(zhuǎn)速高、流量大，在天然氣長輸管道領(lǐng)域優(yōu)勢明顯。在生產(chǎn)運行中，積極探查誘發(fā)離心式壓縮機停機故障的成因，立足于現(xiàn)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(yīng)積極落實的內(nèi)容。

1 離心壓縮機組結(jié)構(gòu)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(tǒng)、控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)及輔助系統(tǒng)（儀表風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)）等均是離心壓縮機組的構(gòu)成，各系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)施對運轉(zhuǎn)安穩(wěn)程度均有嚴(yán)格的要求。

主電機的功能是通過齒輪箱驅(qū)動壓縮機主軸葉輪高速旋轉(zhuǎn)，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(nèi)，并在擴壓器內(nèi)提高壓力。以此方式，葉輪中部形成低壓區(qū)域，使前方滯留的氣體經(jīng)由吸氣室被吸入至葉輪，因葉輪不間斷轉(zhuǎn)動，故而也就有氣體源源不斷的被整合到擴壓器內(nèi)，以上是確保壓縮機內(nèi)氣體流動持續(xù)性的重要基礎(chǔ)[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(jīng)擴壓器以后天然氣緩緩跌落，促進(jìn)動能轉(zhuǎn)型為靜壓能、壓力指標(biāo)持續(xù)上升過程，最后經(jīng)由彎道、回流器返流到下級葉輪的進(jìn)氣構(gòu)件內(nèi)，以上構(gòu)建了循環(huán)往復(fù)的“首級→中間級→末級”三級式葉輪壓縮，最后天然氣會經(jīng)由排氣蝸室排放至外部輸氣管道中。

2 誘發(fā)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(xì)化為保壓停機、停機放空兩種類型。保壓停機階段，其內(nèi)儲有的天然氣并未放空；若放空壓縮機停運，則其內(nèi)天然氣必然處于放空狀態(tài)。

2.1 保壓停機

誘發(fā)因素并不唯一，主要有如下幾點[2]：①機組軸振動超標(biāo)：在壓縮機本體驅(qū)動端及非驅(qū)動端、齒輪箱高速軸及低速軸軸承位置均裝有振動探頭，負(fù)責(zé)監(jiān)測各設(shè)備的振動指標(biāo)，若設(shè)定的間隙壓力不合理或機組運行階段出現(xiàn)劇烈波動、葉輪表面吸附較多雜質(zhì)時、安裝階段壓軸力量過大等，均可能造成機組振動超標(biāo)。②機組軸承過熱且溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于設(shè)定值。③機組軸出現(xiàn)較大的偏移量。④機組潤滑油系統(tǒng)供油壓力低于系統(tǒng)設(shè)定停機值。⑤儀表風(fēng)壓力明顯小于設(shè)計值。⑥熱旁通閥出現(xiàn)導(dǎo)通情況。⑦SCADA 系統(tǒng)形成了保壓停機信號。⑧機組外電路有異常。⑨變頻器運轉(zhuǎn)階段突發(fā)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(zhuǎn)階段，放空停機狀況發(fā)生的風(fēng)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(guān)性。若壓縮機運轉(zhuǎn)階段，防喘閥無征兆的反常啟動，則將會對設(shè)備結(jié)構(gòu)完整度、主要性能指標(biāo)等形成較明顯損傷，在這樣的工況下，故障檢測器監(jiān)測到系統(tǒng)運行階段出現(xiàn)了較嚴(yán)重故障，有兩個檢測開關(guān)被連通，此時機組會做出應(yīng)急反應(yīng)，步入至停運狀態(tài)中，為規(guī)避釀成更為慘重的事故，壓縮機會放空停機。針對誘發(fā)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(lián)鎖放空停機設(shè)定的值。②相關(guān)人員因粗心大意、操作行為欠缺規(guī)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(fā)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(xiàn)問題。

3 預(yù)防及處理壓縮機停機的對策

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

3.1 機械系統(tǒng)的問題

離心式壓縮機內(nèi)部構(gòu)造復(fù)雜，若任何一部分出現(xiàn)異常，則將會形成連帶效應(yīng)，干擾壓縮機運轉(zhuǎn)過程，造成壓縮機停機，對正常生產(chǎn)作業(yè)效率形成的影響是顯而易見的。若檢測到壓縮機驅(qū)動端形成了較大的位移量，則將會造成轉(zhuǎn)子在后續(xù)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(biāo)，將會誘發(fā)停機停運。為有效解除以上問題，應(yīng)擬定完善的機械設(shè)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(tài)，及時調(diào)換屏蔽結(jié)構(gòu)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(yán)格依照相關(guān)規(guī)程開展預(yù)防性維護(hù)保養(yǎng)，并組織質(zhì)檢人員全程參與保養(yǎng)過程，把控維修質(zhì)量。

3.2 自控系統(tǒng)的問題

當(dāng)下天然氣長輸管道領(lǐng)域壓縮機正常運轉(zhuǎn)階段，對自控系統(tǒng)的調(diào)控功能表現(xiàn)出較高依賴性，若該系統(tǒng)有異常，則將會增加壓縮機停機事件發(fā)生的風(fēng)險。既往有很多資料記載了與自控系統(tǒng)運行故障相關(guān)內(nèi)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(tǒng)的邏輯流程前期，一定要綜合多個因素審視流程的準(zhǔn)確性，利用計算機技術(shù)模擬仿真流程運轉(zhuǎn)情況，及時發(fā)現(xiàn)邏輯運行階段存在的問題，規(guī)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(zhuǎn)部件旁邊，長時間振動容易導(dǎo)致信號線疲勞破損，從而造成信號失真，采用硬質(zhì)線能克服鎧裝線容易疲勞破損的弊端。

3.3 電力系統(tǒng)的問題

外電網(wǎng)是壓縮機正常運行的重要支撐，尤其在雷雨多發(fā)的夏季運行，電網(wǎng)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(tǒng)增加失電跨越改造，可以杜絕絕大多數(shù)短時電壓波動造成的停機事故，在運行中，國產(chǎn)機組可以實現(xiàn)1秒以內(nèi)的失電跨越，進(jìn)口機組可以達(dá)到6秒以內(nèi)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(tǒng)內(nèi)，日常巡檢階段若發(fā)現(xiàn)有一組線路運行狀態(tài)異常，則能快捷式切換，借此方式去維護(hù)壓縮機運行過程的連貫性。企業(yè)電力管理部門也也應(yīng)自覺將自身職能發(fā)揮出來，加大對上游變電狀況的監(jiān)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(tǒng)的問題

潤滑油供油系統(tǒng)壓力過低以及高位油箱液位陡降均會導(dǎo)致壓縮機故障停機，需要定期對壓力傳感器進(jìn)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(shè)計缺陷，虹吸導(dǎo)致液位在短時間內(nèi)陡降導(dǎo)致停機，可以增加限流孔板以杜絕虹吸現(xiàn)象出現(xiàn)；另外，儀表風(fēng)系統(tǒng)要確保水露點在要求的范圍內(nèi)，避免因為水露點超標(biāo)導(dǎo)致干氣密封組件處節(jié)流結(jié)冰導(dǎo)致動靜環(huán)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(yè)技能培訓(xùn)，有效降低因為失誤導(dǎo)致的停機事故；其次要優(yōu)化工藝操作形式，比如，嚴(yán)格依照相關(guān)規(guī)范要求，落實干氣密封排液的檢查工作。要求設(shè)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(biāo)。科學(xué)更換干氣密封過濾器，力爭從氣質(zhì)上進(jìn)行控制。同時，可以對密封氣進(jìn)行預(yù)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(tài)下運行時間長度的調(diào)控，特別要盡量減縮500r/min工況下的運作時間，設(shè)定這一要求有益于維持動靜環(huán)間穩(wěn)定間隙對應(yīng)安全裕量的充足性，減輕對密封面的磨損程度。

4 結(jié)語

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