相国寺储气库压缩机组安全运行探讨

2019-05-16李强

石油管材与仪器 2019年2期

李强

(中国石油西南油气田分公司储气库管理处重庆 401121)

0 引言

压缩机组是储气库地面注气设施的核心设备，做好压缩机组技术管理，有效控制故障率，是储气库安全平稳注气的重要保障[1-3]。相国寺储气库从2013年投入运行以来，先后出现气阀损坏、气缸磨损、软启动装置故障停机、压缩机活塞杆断裂等故障，不同程度影响储气库注气运行。分析出现故障的原因，总结管理弊端，并有针对性提出控制措施，必要时进行适应性改造，提高经济运行优化的同时，为后续压缩机组的安全运行提供技术指导[4-5]。

1 压缩机组概况

相国寺储气库共有8台DTY4000电驱活塞式天然气压缩机组，驱动电源引自站内110 kV 变电所。压缩机一级3只压缩缸，缸径为177.8 mm、额定排气压力为21.9 MPa，二级3只压缩缸，缸径为136.5 mm、额定排气压力为42 MPa，每台压缩机具有一、二级压缩串并联和单、双作用功能，可以根据注气流量和压力的变化，通过改变气缸的单、双作用和开启机组不同台数来调节。压缩机组进气压力设计为7.0～9.5 MPa，排气压力为30 MPa，设计处理量为166×104m3/d。

2 压缩机组故障情况

相国寺储气库压缩机组从2013年投用以来，先后出现过如下故障：1)压缩机气阀出现频繁损坏；2)压缩机气缸磨损超标；3)软启动装置故障停机；4)部分压缩机除油器振动大；5)压缩机活塞杆断裂；6)压缩缸与进气缓冲罐连接螺栓集中断裂等故障，严重影响压缩机的安全运行。

3 影响因素及控制措施

3.1 处理气气质

压缩机组运行时对处理气气质有很高要求，要求不含液体和杂质。液体进入压缩缸会造成“液击”，易导致活塞杆、气阀损坏。杂质进入压缩缸也会造成压缩缸、活塞环、气阀的损坏。

相国寺储气库压缩机组受处理气气质影响较大。投产初期，因气质中含有粉尘、焊渣等杂质造成气阀的损坏严重。粉尘进入气缸与润滑油形成研磨膏，使气缸产生磨损。同时，集输工艺存在注采同管输段，采气期存留在管段中的液体在注气初期会带入压缩缸，对压缩缸的润滑造成破坏，严重时造成“液击”现象，使活塞杆、气阀损坏，压缩缸磨损增加。

提高注气气质的预处理效果是有效的控制措施。注气系统的除尘器及气体分离器处理效果，将直接影响压缩机运行。分离器处理效果差、压差过大，不及时处理，将造成过滤器滤芯“直通”(图1)，没有起到过滤作用，会使液体、粉尘、杂质进入压缩缸，造成气缸磨损、气阀的损坏。当滤芯压差超过70%时，应及时对分离器滤芯进行检查、清洗或更换。过滤器滤芯“直通”后，应对进机前管道进行清洗，并对进机前的金属滤网进行检查、清洗或更换(图2)。同时，注气前应进行管道的清管作业，减少游离状液体进入压缩机组。

图1 过滤分离器使用状况

图2 进机前滤网合用状况

3.2 压缩机组运行工况

压缩机组运行工况与设计存在偏差，是导致压缩机零部件使用寿命缩短或损坏的主要影响因素。

1)相国寺储气库压缩机组前3个注气期运行时，进气压力没有达到设计进气压力(7～9.5)MPa，最低进气压力只有4 MPa左右，气阀工作强度超出了设计工况，造成气阀频繁损坏(图3)。

图3 损坏的气阀

2)各注气期压缩机组排气压力均会从11 MPa逐渐增至26 MPa左右，随着压缩比不断增大，压缩机的负荷也不断增加，负荷不稳定，压缩机运行风险随之增大。其中3号、7号机组出现注气压力升至21 MPa左右时，气流脉动与除油器固有频率一致，产生共振，振动造成排气管线及缓冲罐固定螺栓断裂(图4)。

图4 排气管线固定螺栓断裂

控制措施为合理设置压缩机运行的控制参数。在各周期注气前，应根据实际工况进行计算，并按技术要求对超温、超压、超负荷、超振动、超液位等超限自动停机参数设置的正确性进行核实，不得随意更改自动停机参数，以保证各种停机方式灵敏可靠。同时，根据运行工况可重新设计新的气阀，并加强设备巡检，定期进行振动检测，确保压缩机安全运行。

3.3 供配电设施稳定性

相国寺储气库压缩机组驱动方式为电驱，如果供配电设备设施运行不稳定，会严重影响机组的正常运行。相国寺储气库集注站海拔900 m左右，地处雷区，冬季气候潮湿。2016年，因采气期压缩机组停用，软启动器长期停用受潮，注气前软启器出现故障，电机无法启动，更换软启动器后，电机才恢复正常启动。因此，需要定期对供配电设备、仪器、仪表进行除湿、干燥处理。同时应加强电力设备设施每年防雷检测，提高预防措施，以确保电力设备设施不遭雷击，保障压缩机安全运行。

3.4 维护保养质量

严格按照压缩机组相关标准、规范、管理办法及机组使用说明文件开展维护保养工作，提高维护保养质量是影响压缩机的安全运行的直接因素。有效控制压缩机组维护保养质量措施主要有：

1)压缩机组月保养、年保养应严格按时进行，保养质量高、内容全面。

2)各周期开始注气前，应对压缩机的仪表控制系统进行自动停机、紧急停机的灵敏可靠度测试，以保证压缩机超限时能自动停机。当站场、压缩机遇到异常情况时，能实现实时、远程人工紧急停机。

3)根据压缩机的运行情况，应有针对性增加维护保养内容。当出现辅助电机联轴器损坏，压缩缸连接螺栓断裂故障时，在保养中应列入重点维护保养内容，避免运行中出现同类故障。

4)加强停运期间机组的维护管理，定期进行润滑、盘车，对电器设备、仪器、仪表、电机等设备进行通风、干燥处置，避免启用时，因潮湿发生电器元件故障，影响压缩机启机运行。

5)加强振动检测。定期对压缩机关键部位、管道进行振动检测，通过数据分析，对振动增加或出现异常振动，及时分析、查找原因，进行消除处理，避免因振动造成零件损坏、管线裂纹。

6)加强无损检测。可以利用停运年保时，对管线、压缩机关键零部件进行无损检测，使隐藏的设备故障，及时得到解决，确保压缩机本质安全。

3.5 操作程序

稳定及完善的操作程序是确保压缩机组平稳运行的重要因素。相国寺储气库机组运行期间，出现过一台机组停机，导致其他机组同时出现联锁停机的现象。

操作程序在编程时，应根据现场的实际情况进行完善修正。在操作程序上，应考虑冷机启动后的预热时间足够才能加载运行，减少对零件的寿命影响。程序中压缩机启机允许最高压力为5 MPa，压缩机启机后预热200 s后进入允许加载程序。在气温低的情况下，冷机启动预热时间短，压缩机各运动副的润滑油膜还未完全形成，运动副之间传热不充分，如果加载过快对压缩机的零件寿命都会有影响。在现场实施在程序允许加载后，要求操作人员待压缩机再运行10 min左右才加载运行，消除加载过快影响压缩机零部件的使用寿命。