LNG液化工廠冷劑壓縮機生產管理技術

于 淼

(天津大港油田天然氣公司處理站，天津 300280)

1 引言

我國有豐富的天然氣資源，近十年來，我國的LNG事業蓬勃發展，建設了眾多的LNG液化工廠，其中大部分都采用世界上最先進的MRC(混合冷劑)制冷工藝，MRC 即混合冷劑閉式單循環制冷工藝，由于自身流程工藝簡單、設備少、占地小、投資少、維護方便、開啟便捷、適合調峰等諸多優勢，使得MRC液化工藝在小型油氣田領域得到廣泛的應用，該液化工藝采用高效混合冷劑(甲烷、乙烯、丙烷、異戊烷和氮氣)閉式循環單級膨脹制冷。混合冷劑的壓縮機采用離心式壓縮機。LNG液化工廠的管理技術人員和操作人員，需要掌握離心壓縮機生產運行中的常見故障和處理方法，理解密封氣系統的生產管理要求，有利于LNG液化工廠的平穩運行。

2 混合冷劑離心壓縮機概述

LNG液化工廠混合冷劑壓縮機機組主要由電機、變速箱、壓縮機、控制系統幾部分組成。其中壓縮機是一種多級離心壓縮機，機殼為水平剖分式。壓縮機主要由定子(機殼、隔板、密封、平衡盤密封) 、轉子(主軸、葉輪、隔套、平衡盤、軸套、半聯軸器等)及支撐軸承、推力軸承、軸端密封等組成。

混合冷劑離心壓縮機的潤滑油系統采用由潤滑油站、高位油箱、中間連接管路以及各種控制閥門和檢測儀表所組成，其中潤滑油站由油箱、油泵、冷油器、濾油器、排油煙風機、壓力調節閥、安全閥、各種檢測儀表以及油管路和閥門等組成，主要負責給電機前后軸承、變速箱和冷劑壓縮機前后軸瓦供油。

冷劑壓縮機密封氣系統由一級密封、二級密封和三級密封(隔離氣)密封以及密封泄漏監測系統組成，其中一級密封氣采用混合冷劑壓縮機二級出口工藝氣，二級密封氣和三級密封氣采用氮氣。

變速箱由箱體、大齒輪、小齒輪、軸承和密封及噴油系統組成，噴油為上端噴油。

控制系統隨時監控機組運轉情況及采集機組運行數據，保證機組安全運行。適時監控機組運轉情況及采集機組運行數據，保證機組安全運行。

3 冷劑壓縮機常見故障原因分析

3.1 冷劑壓縮機啟機時變速箱振動高解決措施

冷劑壓縮機采用電機通過中間的變速箱驅動離心式壓縮機，變速箱內齒輪采用漸開線人字齒，當冷劑壓縮機啟動時，變速箱內的大小齒輪瞬間轉動時會引起變速箱箱體振動值超過停機設定值，機組因為高振動停機，機組無法順利啟動。此時的啟機技巧是先把變速箱的X軸和Y軸方向振動高停機聯鎖屏蔽，待機組順利啟動成功后再投入聯鎖。

3.2 冷劑壓縮機啟動后聯軸器位置漏油、冒煙現象

在實際生產過程中，冷劑壓縮機啟動運轉10 min后，會發現變速箱聯軸器位置有漏油和冒煙現象，冷劑壓縮機非驅動端個別軸承溫度上升過快，此時沒有經驗的操作人員會認為機組有故障。實際經過認真分析，不是機組軸承和密封有問題，是潤滑油系統稀油站頂上的排油煙機沒有打開，機組啟動后潤滑油溫度升高，排油煙機不啟動，造成油箱壓力升高，變速箱和壓縮機前后軸承的潤滑油回油不暢，潤滑油流動緩慢，引起軸瓦溫度升高。潤滑油的油煙從變速箱位置密封處漏出，引起操作人員判斷錯誤。因此機組在正常啟機程序過程中，啟動潤滑油泵后，要及時啟動排油煙機。

3.3 冷劑壓縮機啟動過程中變頻轉換工頻不能及時切換問題

LNG液化裝置的冷劑離心壓縮機的功率都比較大，為了減少啟動過程中對電網的沖擊，冷劑壓縮機啟動一般都采用變頻啟動方式，機組啟動成功后，由變頻轉換為工頻運行，機組脫離變頻柜，轉換為工頻柜運行。在實際啟動過程中，機組總是無法成功切換到工頻柜，經過多次試驗總結，總結出了如下經驗，機組啟動時，冷劑壓縮機的入口壓力不能超過0.27 MPa，機組變頻啟動后隨著機組轉速的上升，冷劑壓縮機一級入口壓力會由0.27 MPa逐步降低至0.03 MPa，此時冷劑壓縮機的吸入壓力降低，機組的運行負荷降低有利于變頻柜電源和工頻柜電源相位瞬時達成一致，此時變頻轉工頻就能順利切換成功。

3.4 冷劑壓縮機軸承溫度高的原因分析和解決辦法

(1)冷劑壓縮機的潤滑油都采用列管式換熱器換熱，與LNG液化裝置的循環冷卻水換熱，潤滑油冷卻器冷卻效果差，潤滑油箱的潤滑油溫度較高，導致冷劑壓縮機的軸承溫度高，需要清理水冷器管束的內部的水垢，

(2) LNG液化裝置循環冷卻水水量不足，冷卻水量無法滿足潤滑油的冷卻降溫需要，此時需要檢查循環水泵入口濾網是否堵塞，定期清理濾網，保證循環水量。

(3) LNG液化裝置循環冷卻水溫度高，冷卻水溫度過高，無法滿足潤滑油的冷卻降溫需要，此時需要檢查循環水系統冷卻水塔冷卻效果是否滿足要求。

4 冷劑壓縮機密封氣系統管理要求

4.1 冷劑壓縮機密封氣投用和停用順序

由于冷劑壓縮機采用三級密封形式，對3個密封的投用順序有較高要求，投運順序為：先投三級密封(隔離氣)，正常流量為10 m3/h，再啟動潤滑油泵，然后投用1級密封氣，正常流量100 m3/h，最后投用2級密封氣(緩沖氣)，正常流量5 m3/h。停運順序為：先關2級密封氣(緩沖氣)，再停1級密封，然后停潤滑油泵，最后關三級密封(隔離氣)。歸納一下就是投用密封順序為“312”，停運順序為“213”。需要注意是，由于潤滑油泵停運后，潤滑油系統的高位油箱和蓄能器還在給機組供油，還不能立即關掉三級密封(隔離氣)的閥門，需要等待高位油箱和蓄能器的潤滑油全部流入稀油站的油箱內，才能關掉三級密封(隔離氣)的閥門。

4.2 冷劑壓縮機密封氣運行中關鍵數據分析

冷劑壓縮機運行過程中，密封氣系統的各項運行參數需要密切關注，并且要在DCS系統中建立歷史數據庫和歷史曲線，便于管理技術人員整體判斷密封氣系統運行狀況。

冷劑壓縮機一級密封正常泄漏量為5.7 m3/h，達到8.9 m3/h高報，達到12.9 m3/h停機，低于2.5m3/h低報，操作人員在監控泄漏量時要密切關注。

由于冷劑壓縮機的一級密封氣微量泄漏，排放至火炬系統，因此需要注意觀察現場盤上的火炬壓力表，放空火炬背壓不能高于0.02 MPa。如果背壓過高，會造成一級密封泄漏量過低，影響密封效果。

一級密封氣安裝了2個互為備用的精密過濾器，運行中需要密切關注精密過濾器的壓差變化趨勢，壓差大于0.1 MPa時報警，此時需要及時切換過濾器或更換濾芯。一級密封氣和高壓側平衡腔的壓差正常值在0.2 MPa，低于0.1 MPa報警，低于0.05 MPa禁止啟動壓縮機。

隔離氣壓力裝有一個壓力開關，當隔離氣壓力低于0.3 MPa時，油泵禁止啟動。如果在冷劑壓縮機運行中，隔離氣壓力低于0.3 MPa時會引起油泵停運，冷劑壓縮機機組由于潤滑油壓力低停機，此時會造成整個LNG液化裝置液化單元停運，因此隔離氣壓力是冷劑壓縮機運行中的重要監測點。

5 結語

LNG液化工廠的混合冷劑離心壓縮機是整個工廠的關鍵設備，壓縮機組的運行狀況關系整個工廠的運行平穩性。本文通過對LNG液化工廠混合冷劑離心壓縮機的結構、組成的描述，對冷劑壓縮機在生產運行管理過程中經常遇到的常見故障進行了認真分析，并且對離心壓縮機組的密封氣系統提出了管理要求，對于提高冷劑壓縮機生產管理技術人員和操作人員的技術水平有一定的借鑒意義。