天然气管道压缩机组典型故障处理

2017-04-13王司光杨永超高维新宿国娟韩治光范建全

设备管理与维修 2017年2期

关键词：电驱滤芯电磁阀

王司光，杨永超，高维新，宿国娟，韩治光，范建全

（1.中国石油管道中原输油气分公司，山东德州253020；2.山东中油天然气有限公司，山东济南250000）

天然气管道压缩机组典型故障处理

王司光1，杨永超1，高维新1，宿国娟2，韩治光1，范建全1

（1.中国石油管道中原输油气分公司，山东德州253020；2.山东中油天然气有限公司，山东济南250000）

分析造成压缩机机组干气双联过滤器滤芯冰堵、某转速区间齿轮轴振动高报、燃气轮机启机点火后加速失败和机组防喘阀失效等典型故障的原因，给出相应的处理措施。

压缩机组；运行；故障；处理

1 机组概况

中原输油气分公司泰安压气站负责接陕京线、西二线来气向冀宁线和山东管网增输，压气站共有4台压缩机组，2台燃驱机组由美国索拉公司金牛星70工业型燃气轮机/离心式压缩机组成，2台电驱机组，由上海电机/西门子离心式压缩机组成，运行方式1用1备。电驱机组参数，上海三相异步电动机型号YZKS630-4，功率7100 kW，转速1500 r/min；荣信高压变频器RHVC-TC10/9000，齿轮箱型号TX80/8C，大小齿轮齿数229/26；西门子压缩机型号STC-SV（08-3-A），额定功率5323 kW，最小运行转速9130 r/min；电驱机组最大运行转速13 695 r/min，额定流量53 574 m3/h，一阶临界转速7600 r/min，二阶临界转速23 200 r/min。

燃驱机组参数，索拉燃气轮机型号TAURUS 70，功率7000 kW，燃气发生器转速15 200 r/min；动力涡轮转速12 000 r/min，全负荷T5=760℃，压气机级数14级，压比16.5:1，可导叶片4级，燃气透平2级，动力透平2级；索拉压缩机型号C4064TEB-0256，一阶临界转速5000 r/min，二阶临界阻尼三阶16 000 r/min，最低运行转速为6000 r/min，最高运行转速为12 000 r/min，跳机转速为12 600 r/min，入口压力5100 kPa，出口压力10100 kPa，额定流量5086.63×103m3/d，额定功率2718.82 kW。

截止至2014年12月31日，4台压缩机组累计运行2.2万小时，累计发生非计划性故障停机34次。1#电驱机组和4#燃驱机组已完成8000 h维护保养。

2 典型故障原因分析及处理措施

2.1 干气双联过滤器滤芯冰堵

（1）故障现象。2012年1月19日，外界气温5℃，机组启机时发现干气密封双联过滤器滤芯冰堵（图1），过滤器排污时排出大量乳白色液体（图2），无法正常启机，为保障生产运行采取了安装电伴热、及时更换堵塞滤芯和加密排污等临时应急措施。

（2）原因分析及解决措施。干气取压点位置在压缩机出口管线底部是冰堵出现的主要原因，在气质不理想和环境温度较低的综合作用下，天然气水合物形成并堵塞滤芯和引压管，致使干气压力无法维持，并损伤干气密封[1]。2012年7月改造干气取压点，在压缩机出口管线上部取压，以后还可增加干气预处理设[2]，进一步提高干气预处理能力，确保干气的整洁，保障干气密封使用寿命。

2.2 电驱冷却水塔整改

（1）冷却水塔工作原理。电驱机组配备2座低噪声闭式横流冷却水塔，每座冷却塔循环水量为150 m3/h。水系统包含内循环水（纯净水）系统和外循环水（生活水）系统（图3）。内循环水系统工作原理：冷却水塔紫铜盘管内被冷却后的循环水流出，由循环水泵送往电机，经过换热升温的循环水再进入盘管冷却，可以随时由循环水补水泵进行补水。外循环水系统工作原理：外部喷淋水通过与盘管和填料接触换热达到冷却盘管内部循环水的目的后，落入下部水槽，由喷淋水泵送至喷淋水槽再次循环。

图1 滤芯冰堵

图2 过滤器排污

图3 水冷塔工艺流程图

（2）改进措施。泰安地区冬季气温通常在零度以下，而闭式冷却塔安装在室外，在电驱机组不运行时，冷却塔的防冻采取以下措施：①内循环水中加合适配比的乙二醇防冻液；②较长期停运的机组，拆卸水冷塔紫铜管排空水分；③给水冷塔建立彩钢房，加装暖气，进行冬季保温；④增设内循环水电加热器系统；⑤做好设备、管路电伴热及其他防寒保温措施[3]。

2.3 某转速区间齿轮轴振动高报

（1）故障现象。2012年10月，2#电机在启机升速至1250 r/min时，齿轮箱高速端径向振动值（VYI4205，VYI4206）超过报警值（报警值45 μm，停机值67 μm），越过这一速度后振动值下降。

（2）原因分析。引起振动高的可能原因有振动探头损坏；接线松动；临界转速共振；对中不良；轴承磨损；齿轮啮合故障；底座基础松动；转子动不平衡；装配调整不当等[4]。电机一阶临界转速2300 r/min，压缩机一阶临界转速7600 r/min、二阶临界转速23 200 r/min，1250 r/min显然不是临界转速。

使用振动分析仪采集数据发现频谱图中2倍频成分占主导，给出的结论是齿轮箱高速轴和压缩机转子对中精度恶化，使用激光对中仪检查电机和齿轮箱、齿轮箱和压缩机之间的对中情况，可排除是由于对中不良引起的振动高。针对是否是振动探头位置不准或线路传输的问题，测量2台机组所有振动探头的间隙电压，测量值均在10 V左右，符合要求，排除了可能是探头与转子间距过小引起的振动高。由于振动高是发生在启机升速（1250 r/min）很短时间内，越过这一速度后振动值下降，振动探头使用“报警倍增功能”（系数乘以2）抑制瞬态峰值，因此即使监测值超过报警值和停机值也可接受。

2.4 燃气轮机启机点火后加速失败

（1）故障现象。2011年11月，3#机组在点火加速阶段出现急停报警信息FN_Ngp_Accel_Rate_L（燃气发生器加速率低），机组启动失败。

（2）原因分析及解决措施。通过程序可以看到，机组在点火加速后，燃气发生器转速在37%以内时，如果燃气发生器平均加速率小于15%的时间累计达到10 s，会出现燃气发生器加速低的急停报警。

结合机组启动的顺序、气启动系统的工作原理以及机组的控制程序等对该故障进行综合分析，造成急停报警导致机组启动失败的可能原因是：①环境温度较低，机组未充分预热；②控制程序中燃气发生器平均加速率小于15%的时间累计设定值小；③启动气杂质多，堵塞管路；④压力调节器/关断阀设定压力低；⑤启动马达旋转阻力大；⑥压气机进口可调导叶角度没充分打开，致使加速失败［5］；⑦加速电磁阀和引导气调节阀出现故障。

解体检查压力调节器/关断阀发现，该阀指挥器的调节弹簧安装不到位，阀门不能正常调压，机组在提速过程中启动气的压力达不到设定值，导致启机失败。经重新正确安装指挥器内弹簧后，再次启动机组，机组顺利完成加速点火，启动成功，工作正常。

2.5 机组防喘阀失效

（1）故障现象。2013年7月15日，1#电驱机组启机完成，手动关闭防喘阀控制器后，现场却显示在全开位置。当时压缩机远离喘振线。若防喘阀时刻在打开位置，不仅降低压缩机效率，还可引起压缩机出口温度超高导致停机[6-8]。

（2）原因分析及解决措施。防喘阀主要部件有气动执行机构、阀体、定位器、电磁阀、限位开关、压力调节器、增压器、泄放阀、安全阀等（图4）。防喘阀是截止阀，可进行0～100%的开度，停机或故障时保持全开。

图4 防喘阀结构示意简图

防喘阀核心部件定位器包含两种信号（图5），一种是将阀位信号输入到PLC；另一种是接收PLC发出的开关阀指令，均为4～20 mA模拟信号，其内部有微处理器，将两种信号进行比较，可产生信号压力，控制增压器输出大小，进而控制阀门开关量。二位三通电磁阀控制下游增压器信号压力的通断，电磁阀得24 V电则信号气通，失电则截断信号气（图6）。

在电磁阀24 V电一直保持的情况下，UCP分别给图5中隔离式安全栅的8（+），7（-）端子4 mA，8 mA，12 mA，16 mA，20 mA信号，发现现场防喘阀的关度从0～100%符合线性变化，证明防喘阀本体及附件完好。但防喘阀控制器画面上阀位一直无反馈，远控开关阀操作时现场防喘阀无反应。查看电磁阀24 V回路中隔离式安全栅不能输出24 V直流电，更换隔离式安全栅后恢复正常，防喘阀不能正常关闭故障得以解决。