地下儲氣庫往復(fù)壓縮機(jī)注油系統(tǒng)常見故障分析

李治發(fā)，熊一丁

（中國石油化工股份有限公司天然氣分公司云貴天然氣銷售中心，貴州貴陽 550081）

1 概況

某地下儲氣庫注采站內(nèi)共有3臺壓縮機(jī)組，用于將管道天然氣增壓后注入地層，以實(shí)現(xiàn)儲氣功能，為冬夏季管道調(diào)峰發(fā)揮重要作用。其中某臺壓縮機(jī)組型號為4RDSA-2/YB710-6，設(shè)計(jì)進(jìn)氣壓力6.0 MPa，額定排氣壓力23.5 MPa，排氣量62萬方/天。該機(jī)組采用兩級壓縮，四列對稱平衡型結(jié)構(gòu)，每級2個(gè)氣缸，共4個(gè)氣缸，從曲軸非驅(qū)動(dòng)端進(jìn)行排列，第一列和第三列為二級氣缸，第二列和第四列為一級氣缸。

壓縮機(jī)注油潤滑系統(tǒng)由注油器油箱、加熱器、凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、高壓注油泵、穩(wěn)壓塊（裝有爆破片）、過濾器、注油分配器、電子監(jiān)控元件（無油流開關(guān)）、單向閥及相應(yīng)管線組成，見圖1。潤滑油采用美孚600 W超級汽缸油。壓縮機(jī)注油潤滑系統(tǒng)設(shè)有潤滑油無流量停機(jī)保護(hù)，在機(jī)組注油系統(tǒng)故障，注油量不足或斷流時(shí)，引發(fā)機(jī)組報(bào)警停機(jī)，達(dá)到保護(hù)機(jī)組的目的。

2 系統(tǒng)主要部件介紹

該壓縮機(jī)組注油系統(tǒng)中有3個(gè)較為重要，起關(guān)鍵性作用的部件，分別是注油泵、分配器和電子監(jiān)控元件（無油流開關(guān)）：其中注油泵采用CPI公司的P55系列1/4" 型真空式注油泵，最大工作壓力44.8 MPa，分配器采用的是DropsA公司的SMX模塊化分配器，電子監(jiān)控元件采用的是WHITLOCK INSTRUMENT 公司的可編程數(shù)字無流量計(jì)時(shí)器（DNFT-PRG），俗稱無油流開關(guān)。

2.1 注油泵

真空式注油泵的外觀及結(jié)構(gòu)，見圖2，注油泵安裝在注油器箱體上，它的搖臂與箱體中的凸輪緊密接觸，凸輪旋轉(zhuǎn)使搖臂搖動(dòng)，搖臂帶動(dòng)柱塞上下運(yùn)動(dòng)。當(dāng)柱塞向下運(yùn)動(dòng)時(shí)，潤滑油經(jīng)濾網(wǎng)、油管、彎管，并從彎管上滴出。滴油的速度可以從玻璃視窗觀察，可通過調(diào)節(jié)螺母進(jìn)行調(diào)節(jié)。油滴經(jīng)鋼球1進(jìn)入油泵工作腔。接頭的漏斗出銑有導(dǎo)油槽，當(dāng)柱塞向上運(yùn)行時(shí)，鋼球1將進(jìn)油口封死，使?jié)櫥筒荒芑亓鳎撉?雖然上升到接頭漏斗處，但因有導(dǎo)油槽而可以使?jié)櫥土鬟^接頭而從排油口排出。

圖1 壓縮機(jī)注油潤滑系統(tǒng)實(shí)物圖

2.2 分配器

不銹鋼SMX模塊式分配器分為兩個(gè)主要部件：底座（THE BASE）和計(jì)量閥塊（METERING VALVES），其中底座由3個(gè)元件構(gòu)成：初始底座，末端底座和中間底座，每個(gè)底座上可安裝一個(gè)計(jì)量閥塊，見圖3。分配器需配套使用電子監(jiān)控元件（該壓縮機(jī)注油系統(tǒng)采用的是無油流開關(guān)）來檢測系統(tǒng)是否發(fā)生故障或受阻，見圖4，圖中潤滑油被泵送到主分配器的進(jìn)口，然后通過順序排列的活塞的遞進(jìn)式運(yùn)動(dòng)，將潤滑油按體積分配到一定數(shù)量的潤滑點(diǎn)上。由于系統(tǒng)具有良好的模塊化性質(zhì)，因此能夠很方便地進(jìn)行擴(kuò)展，替換分配器元件時(shí)也不需要拔下管道，維護(hù)成本低，維修周期短。

圖2 真空式注油泵結(jié)構(gòu)圖

圖3 分配器零件圖

圖4 分配器典型運(yùn)行圖

圖5 DNFT-PRG典型安裝圖

2.3 無油流開關(guān)

無油流開關(guān)（DNFT-PRG）是一種全封閉的電子設(shè)備，結(jié)合了微處理器和晶體管組件的最新技術(shù)，用于檢測分配器潤滑系統(tǒng)的低流量和無流量。DNFT包含一個(gè)振蕩晶體，可以準(zhǔn)確地監(jiān)控潤滑系統(tǒng)的循環(huán)時(shí)間，從而可實(shí)現(xiàn)在精確時(shí)間內(nèi)停機(jī)的能力。磁鐵組件和控制箱直接安裝到分配器上成為潤滑系統(tǒng)的組成部分。如圖5、6所示，DNFT使用可現(xiàn)場更換的鋰電池運(yùn)行，如果電池電壓下降到正常工作水平以下時(shí)，DNFT進(jìn)入報(bào)警模式，使得機(jī)組無法重啟。PRG使用LED指示分配器的每個(gè)循環(huán)。運(yùn)行操作人員可輕松設(shè)置和監(jiān)控潤滑速率。PRG帶有液晶顯示屏，可顯示分配器的循環(huán)時(shí)間，且易于編程，報(bào)警時(shí)間范圍在20″到4′15″之間。

圖6 DNFT-PRG結(jié)構(gòu)圖

3 常見故障現(xiàn)象

通過對該機(jī)組近年來的故障表現(xiàn)來看，主要有以下3種情況：

（1）控制系統(tǒng)顯示注油器斷流，注油系統(tǒng)外觀無異常。

（2）控制系統(tǒng)顯示注油器斷流，穩(wěn)壓塊爆破片爆破。

（3）注油泵注油滴數(shù)明顯減少或不滴油。

根據(jù)壓縮機(jī)運(yùn)行工況，壓縮機(jī)注油泵正常注油滴數(shù)控制在40滴/min左右，機(jī)組運(yùn)行期間如發(fā)現(xiàn)注油泵注油滴數(shù)明顯減少的情況，需停機(jī)檢查注油系統(tǒng)。該機(jī)組曾出現(xiàn)其中一個(gè)注油泵注油滴數(shù)為6滴/min左右并且調(diào)節(jié)注油泵也無法增加注油滴數(shù)的情況。

4 原因分析及故障處理

通過對壓縮機(jī)注油系統(tǒng)故障的總結(jié)分析，我們認(rèn)為注油系統(tǒng)故障的原因可分為4種情況：（1）系統(tǒng)堵塞；（2）系統(tǒng)內(nèi)相關(guān)部件過度磨損；（3）系統(tǒng)監(jiān)控元件故障；（4）傳動(dòng)系統(tǒng)故障。

4.1 系統(tǒng)堵塞

圖7 潤滑油化驗(yàn)結(jié)果

系統(tǒng)內(nèi)出現(xiàn)堵塞是引起注油系統(tǒng)故障的最主要原因，通常多發(fā)生在注油泵、過濾器、分配器等設(shè)備中，而造成系統(tǒng)堵塞的本質(zhì)原因是潤滑油內(nèi)金屬顆粒較多。因此每月對注油器潤滑油進(jìn)行化驗(yàn)非常重要。潤滑油內(nèi)的金屬顆粒的主要來自注油泵及凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)行磨損。如圖7所示，對潤滑油進(jìn)行油磨損金屬顆粒測定，化驗(yàn)報(bào)告結(jié)果表明該油樣內(nèi)含有中等數(shù)量的嚴(yán)重滑動(dòng)磨粒和切削磨粒。此時(shí)，需檢查注油器的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)并更換新潤滑油。

在機(jī)組出現(xiàn)堵塞故障導(dǎo)致停機(jī)后，對系統(tǒng)內(nèi)主要部件逐一排查，確定堵塞位置后進(jìn)行清理或部件更換，我們的經(jīng)驗(yàn)表明，分配器內(nèi)的堵塞排查較為困難，因此在確定注油泵及過濾器不是堵塞原因后，可考慮更換新分配器，看機(jī)組是否能恢復(fù)正常運(yùn)行，從而進(jìn)一步確認(rèn)故障具體原因。

4.2 過度磨損

系統(tǒng)內(nèi)的運(yùn)行部件主要是注油泵的搖臂和柱塞以及分配器計(jì)量閥塊內(nèi)的活塞，由于潤滑油內(nèi)含有微量的金屬顆粒等固體雜質(zhì)，活塞在長時(shí)間運(yùn)行中磨損量不斷加大，當(dāng)活塞與缸筒間隙超標(biāo)后會導(dǎo)致高壓潤滑油泄漏，造成注油泵壓力不足或分配器工作不正常。

該壓縮機(jī)組的注油系統(tǒng)在機(jī)組運(yùn)行超過12000 h后開始出現(xiàn)無油流報(bào)警停機(jī)，最后檢查計(jì)量閥塊活塞發(fā)現(xiàn)活塞磨損，更換新分配器后，系統(tǒng)恢復(fù)正常。

4.3 監(jiān)控元件故障

無油流開關(guān)內(nèi)使用的鋰電池通常情況下使用時(shí)間為2年左右，當(dāng)電池電壓不足時(shí)，無油流開關(guān)報(bào)警會導(dǎo)致機(jī)組出現(xiàn)無油流報(bào)警停機(jī)。因此需提前做好無油流開關(guān)電池的更換工作。

4.4 傳動(dòng)系統(tǒng)故障

注油泵在機(jī)組正常運(yùn)行期間，由注油器內(nèi)的凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)帶動(dòng)，在機(jī)組長期運(yùn)行中，可能出現(xiàn)凸輪鎖緊螺釘松動(dòng)等情況，導(dǎo)致凸輪發(fā)生軸向串動(dòng)，注油泵無法正常工作，引起注油量大幅減小。因此在機(jī)組維護(hù)保養(yǎng)時(shí)，需做好傳動(dòng)系統(tǒng)的檢查維護(hù)工作。

5 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)及建議

通過對壓縮機(jī)組注油系統(tǒng)故障的統(tǒng)計(jì)分析，我們認(rèn)為做好壓縮機(jī)組注油系統(tǒng)的定期檢查保養(yǎng)是機(jī)組平穩(wěn)高效運(yùn)行的關(guān)鍵，因此提出建議：

（1）通常往復(fù)壓縮機(jī)的專業(yè)維保分為一級保養(yǎng)、二級保養(yǎng)和三級保養(yǎng)，一級保養(yǎng)時(shí)間為1000 h，二級保養(yǎng)時(shí)間為4000 h，三級保養(yǎng)時(shí)間為8000 h。我們建議在每次對壓縮機(jī)組進(jìn)行專業(yè)維保時(shí)，注油系統(tǒng)的檢查都應(yīng)該作為重要的檢查項(xiàng)目。

（2）嚴(yán)格按照潤滑油管理規(guī)定要求，在機(jī)組運(yùn)行期間做好機(jī)組潤滑油的每月檢驗(yàn)工作，根據(jù)潤滑油化驗(yàn)結(jié)果，在機(jī)組保養(yǎng)期間對凸輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、注油泵、注油過濾器等進(jìn)行重點(diǎn)檢查。

（3）對分配器及無油流開關(guān)需根據(jù)自身設(shè)備情況及時(shí)做好計(jì)量閥塊及無油流開關(guān)電池的更換。我們建議機(jī)組每次開展8000 h保養(yǎng)時(shí)更換分配器的計(jì)量閥塊、每年更換無油流開關(guān)的電池，以降低壓縮機(jī)組故障停機(jī)的概率。