压气站离心式压缩机机组故障以及优化途径探析
2017-05-30何伟
何伟
摘要:离心式压缩机作为压气站的关键设备,其工作性能的良好性,决定了压气站运行的稳定I陛及可靠性,进而会影响到天然气的正常、安全输送。从当前压气站离心式压缩机机组实际应用情况来看,故障问题仍是比较常见的,导致离心式压缩机无法正常运转,不利于天然气生产任务的顺利完成,并且还存在较大的安全隐患。为改善压气站离心式压缩机机组工作性能,就需要采取针对性优化措施,杜绝故障问题的出现,文章对此进行了详细分析,对压气站建设和管理具有一定的指导作用。
关键词:压气站;离心式压缩机;机组故障;优化途径
0引言
压气站在整个天然气输送管道中扮演着重要角色,主要起到过滤、分输、计量、气质监测等作用,而压气站这些作用的有效发挥,都是建立在离心式压缩机机组正常、稳定运行基础上的,所以,对其进行优化改造,降低故障发生几率,具有重要的现实意义。某压气站现役离心式压缩机机组正常检修频率为每年一次,但是,在近几年使用过程中,机组经常出现温度、压力异常现象,经过对故障原因分析,决定使用旋风分离器对其进行改造,以有效解决离心式压缩机机组故障问题。
1压气站离心式压缩机工作原理及功能
在对压气站离心式压缩机机组故障进行优化处理之前,应先了解其工作原理以及运行特点,以此作为理论依据,确保故障问题的有效排除。
1.1离心式压缩机工作原理
离心式压缩机又叫做透平式压缩机,由转子和定子两部分组成,主要包括叶轮、轴、气缸、回流器、扩压器等元件,其主要作用是对空气进行压缩,以满足生产工艺需求。离心式压缩机在运行时,叶轮的高速旋转会生成离心力,此处压力增强,带动转轴周围的气体进入到扩压器中,此时叶轮周围几乎不存在气体,处于真空状态,外部的空气便会不断涌入。如此反复运转,将叶轮处的气体甩出并重新吸收,气体便会始终处于流动状态,进而实现对空气的压缩。
1.2离心式压缩机运行特点
与传统活塞式压缩机相比,离心式压缩机优点众多:(1)设备结构更加简单紧凑,在减小体积和重量的同时,还大幅提升了气量;(2)运转效率较高,并且安全可靠,装置元件磨损程度较弱,所需备件及维修费较少,使用寿命较长;(3)对于化工介质来讲,离心式压缩机在运转时,能够做到绝对无油。
离心式压缩机也存在一些缺点:(1)应用场合有一定的局限性,气量较小或者压比过高环境都不适用;(2)稳定运行状态范围十分有限,机组控制难度较大,并且整体应用成本较高;(3)机组效率有待提升,与活塞式压缩机存在一定差距。
1.3压气站离心式压缩机机组选型
离心式压缩机选型是否合理,是影响机组运行效果及应用效益的主要因素之一,为确保离心式压缩机与压气站的匹配性,避免出现设备故障现象,就需要做好设备选型工作。当前,在天然气长输管道中应用离心式压缩机时,所用驱动方式主要有燃气驱动和电力驱动两种,可结合实际情况,确定是否设置备用机组。以我国西气东输系统、陕京系统为例,对各压气站所用离心式压缩机进行调查统计,可以知道采用燃气驱动和电力驱动的机组,分别占到了机组总数的60%和40%,且有70%的离心式压缩机设有备用机组。
在选择压气站离心式压缩机机组时,需要从以下3方面进行考虑:(1)机组选型和配置基本都是一次到位,结合管线具体分布情况,以及天然气输送需求,分析不同时间段和输送量条件下所需压力,选择功率与之相契合的机组;(2)综合实用性、可靠性、经济性、便捷性等多个方面,对不同类型机组进行对比分析,确定最为合适的一种,并根据压气站实际情况,选择最佳的驱动方式;(3)位于同一个管线系统中的压气站,所用离心式压缩机型号应保持一致,方便后期管理、维护及维修工作的顺利开展,提高压气站整体运行的稳定性及可靠性。
2压气站离心式压缩机机组故障
某压气站所用离心式压缩机,所设计的每天可压缩气体量为100×10m3,与鼓风厂合作对其改造后,每天可压缩气体量为55×10m3,投入使用后,稳定状况较为良好。近几年,整个机组运行稳定性大大降低,设备故障现象发生次数明显增多,其中3段出口处温度和压力偏高问题尤为突出,分别从原来的1.3 MPa和135℃,升高到1.55 MPa和146℃。对离心式压缩机运行异常现象进行分析,可以知道造成3段出口出温度和压力偏高的原因,主要为吸入的气体中混有油液、管线内腐蚀产物、药剂颗粒等,沉積在压缩机流道内,导致气体无法通畅流通,造成压力和温度的异常升高。
在对离心式压缩机故障进行分析时,主要分4步完成:(1)判断压力和温度变化是否正常,工作人员利用专业仪器对压力和温度进行测量,得知压力和温度分别偏高0.02 MPa和2℃,没有超出规定误差范围,3段出口和4段出口管线表面温度分别为130℃和110℃,两处Dcs显示的数值分别为145.6℃和121.5℃,表明温度确实有所升高,而压力也会增大;(2)对离心式压缩机振动情况进行分析,判断振动是否正常。在检测过程中,发现某转子吸入端的振动值有所变化,比试运时高出了10 um,由原来的30 um增大至40 um。在离心式压缩机投入使用后,该转子的振动值会在36 um和46 um之间不断变化,无法保证振动值的稳定性,每次波动时间大约为2 h,之后振动值会在38 um和40 um之间逐渐趋于稳定。与往年相比,该转子吸入端振动值变化较大,高出了往年的1-2倍。利用S8000诊断系统,对离心式压缩机振动情况进行分析,由诊断结果可判断该转子不具备良好的动平衡性能,即机组会出现异常振动现象;(3)从工艺流程角度进行分析,判断离心式压缩机的运行是否规范、合理。通过检查发现,离心式压缩机回流阀处,没有出现泄露现象,阀门基本应用功能良好;同时,每个分离器也都处于良好工作状态,液位真实,可正常排液,基本应用功能可有效发挥,整个离心式压缩机机组均没有泄露现象发生。在3段出口处压力、温度出现异常升高后,为顺利完成天然气输送作业,压气站采取了相应措施,对离心式压缩机运行状态加以调控。具体操作是对机组进行降压处理,将压力及流量分别控制在2.35-2.4 MPa和15 000-15 500 m3/h之间,降压处理后,3段出口出的压力和温度增大幅度有所减小,转子吸入端的振动值变化也逐渐稳定,离心式压缩机各项参数基本满足正常运行标准要求;(4)对离心式压缩机3段出口处压力升高现象进行分析,找出造成这种问题的根本原因。由机组实际运行情况可知,压力和温度仅在3段出口处有所升高,而4段出口处的压力和温度没有明显变化,由此可推测4段流道出现堵塞,导致气体无法通畅流动。因为流量不变,气量减少,使得流道内压力升高,出口总压和进口总压比值变大,温度随之升高。气体在流通过程中,油液、管线内部腐蚀物、药剂颗粒等杂物,碎气体进入到流道内,受压力和温度的影响,粘附在流道内壁,随着时间的推移,逐渐堆积堵塞流道。在现场调查中,发现该压气站所用离心式压缩机,其4段流道都存在堵塞现象,以3段和4段较为严重。对沉积物进行取样分析,发现杂物粒径普遍在600 gm左右,最大粒径超过了2000 gm。当前离心式压缩机所用分离器,可以分离出的杂物,液滴和固体最小粒径分别为400 gm和200 gm,难以实现较为理想的分析效果,为有效过滤掉进入流道内的杂物,需在流道入口处提升分离器分离效果。
3压气站离心式压缩机机组故障的优化途径
在对压气站离心式压缩机故障现象进行分析,并总结出主要诱因后,便需要采取针对性措施对其进行优化改造,以提高机组运行的稳定性和安全性,降低故障发生几率。根据调查分析结果可以得知,压力、温度异常升高,是该压气站离心式压缩机存在的主要故障问题,而分离机分离效果差导致流道阻塞,是造成故障问题的主要原因,所以,在对离心式压缩机机组故障进行优化时,主要是通过对旋风分离器进行改造来实现的。
此次改造所用分离器为旋流板式气液分离器,其主体为两端均是椎体的圆筒,分離器的核心部件为锥形旋流板,由多个叶片以圆的形式组合而成,每个叶片都设定有一个倾斜角度,在叶片的带动下,经过的气体将会成为旋转气流,在向心力所形成的惯性作用下,气体中夹杂的油液,会沿着叶片所组成的圆的切线向外飞出,最终汇集到溢流槽中,进而便能够将气体中的油液清除干净。使用该种类型分离器,能够有效分离出气体中液滴直径在5-75 um之间的油液,可以大幅减小压力,不容易造成堵塞问题。
现阶段天然气输油管中所用分离器,主要有离心分离、惯性分离、过滤分离、重力分离几种类型,结合该压气站所用离心式压缩机特点,从经济性角度经分析,可知离心分流器和重力分离器能够实现较为理想的优化改造效果。使用两种方案进行改造时,具体实现方式为分别是在现有分离器后方,增设一台离心分离器,和用重力分离器取代现有分离器。对两种方案进行比较,从分离效果、操作管理、改造成本等几方面进行综合分析,可以发现方案一明显优于方案二,不仅能够实现较为理想的分离效果,有效清除掉气体中夹杂的油液等杂质,而且总造价较低,经济效益良好,所以,决定采用方案一对离心式压缩机进行改造。即在现有的立式分离器后,增设一台旋风分离器,经改造后,可以实现对气体中油液和杂质较为理想的分离效果,离心式压缩机流道不会出现堵塞问题,有效解决了压力、温度异常升高故障。
4结语
对于压气站的稳定运行来讲,必须要确保离心式压缩机工作性能的良好性,杜绝故障问题的出现,进而才能顺利完成生产作业。基于生产生活对天然气等能源需求量不断提升,天然气输送管道建设及改建工程也在大力开展,压气站作为整个管道系统的中转站点,其运行情况与天然气的输送存在密切关系,只有加大对压气站关键性设备装置的研究力度,采取有效措施和方法,对离心式压缩机进行优化改造,才能保证机组正常、稳定运转,避免故障问题的出现。