长输天然气管道离心式压缩机异常停机原因与应对策略研究

2020-01-13王训锋范玲李元中石化川气东送天然气管道有限公司湖北武汉430074

化工管理 2020年15期

王训锋范玲李元（中石化川气东送天然气管道有限公司，湖北武汉430074）

0 引言

离心式压缩机凭借自身持有的诸多优势，在石油、天然气、化工、冶金、制冷等诸多行业均有应用，应用成效也是较为理想的。离心式压缩机转速高、流量大，在天然气长输管道领域优势明显。在生产运行中，积极探查诱发离心式压缩机停机故障的成因，立足于现实工况，采用有效的处理措施，降低压缩机故障停机的频次，是长输管道运行阶段应积极落实的内容。

1 离心压缩机组结构组成及工作原理

离心压缩机组本体、主电机、齿轮箱、干气密封系统、控制系统、供电系统及辅助系统（仪表风系统、循环水系统、润滑油系统）等均是离心压缩机组的构成，各系统及设备设施对运转安稳程度均有严格的要求。

主电机的功能是通过齿轮箱驱动压缩机主轴叶轮高速旋转，使天然气在离心力作用下被提速后整合至安装在叶轮后端的扩压器内，并在扩压器内提高压力。以此方式，叶轮中部形成低压区域，使前方滞留的气体经由吸气室被吸入至叶轮，因叶轮不间断转动，故而也就有气体源源不断的被整合到扩压器内，以上是确保压缩机内气体流动持续性的重要基础[1]。在离心作用下速度逐渐上升，并能以较大速率脱离叶轮，流经扩压器以后天然气缓缓跌落，促进动能转型为静压能、压力指标持续上升过程，最后经由弯道、回流器返流到下级叶轮的进气构件内，以上构建了循环往复的“首级→中间级→末级”三级式叶轮压缩，最后天然气会经由排气蜗室排放至外部输气管道中。

2 诱发压缩机停机故障的成因分析

从广义上，可以将压缩机停机故障细化为保压停机、停机放空两种类型。保压停机阶段，其内储有的天然气并未放空；若放空压缩机停运，则其内天然气必然处于放空状态。

2.1 保压停机

诱发因素并不唯一，主要有如下几点[2]：①机组轴振动超标：在压缩机本体驱动端及非驱动端、齿轮箱高速轴及低速轴轴承位置均装有振动探头，负责监测各设备的振动指标，若设定的间隙压力不合理或机组运行阶段出现剧烈波动、叶轮表面吸附较多杂质时、安装阶段压轴力量过大等，均可能造成机组振动超标。②机组轴承过热且温度远远高于设定值。③机组轴出现较大的偏移量。④机组润滑油系统供油压力低于系统设定停机值。⑤仪表风压力明显小于设计值。⑥热旁通阀出现导通情况。⑦SCADA 系统形成了保压停机信号。⑧机组外电路有异常。⑨变频器运转阶段突发故障。⑩其他故障，比如在机房就地开启压缩机、压缩机电源接触不良等。

2.2 放空停机

压缩机运转阶段，放空停机状况发生的风险偏低，停运成因基本与放空压力以及部分油管之间存在相关性。若压缩机运转阶段，防喘阀无征兆的反常启动，则将会对设备结构完整度、主要性能指标等形成较明显损伤，在这样的工况下，故障检测器监测到系统运行阶段出现了较严重故障，有两个检测开关被连通，此时机组会做出应急反应，步入至停运状态中，为规避酿成更为惨重的事故，压缩机会放空停机。针对诱发该类故障的因素，可以做出如下几点阐释[3]：①干气密封一次放空压力值超过了联锁放空停机设定的值。②相关人员因粗心大意、操作行为欠缺规范性，主观错误判断按下了放空按钮。③人员在机柜操作过程中，误操作触发ESD。④探测器探查到泄漏了大量可燃、易燃性气体。⑤机组电柜性能出现问题。

3 预防及处理压缩机停机的对策

按照专业可以将压缩机停机故障划分为机械系统故障、自控系统故障、电力系统故障、辅助系统故障、人员误操作五个方面的问题。

3.1 机械系统的问题

离心式压缩机内部构造复杂，若任何一部分出现异常，则将会形成连带效应，干扰压缩机运转过程，造成压缩机停机，对正常生产作业效率形成的影响是显而易见的。若检测到压缩机驱动端形成了较大的位移量，则将会造成转子在后续运行阶段表层温度显著上升，频繁且剧烈性振动，一旦振动超标，将会诱发停机停运。为有效解除以上问题，应拟定完善的机械设备检修体制，派遣专人定期检查，例如检测各个信号线与屏蔽层状态，及时调换屏蔽结构破损的电缆，以上是强化振动变送器绝缘属性的有效方法之一[4]。严格依照相关规程开展预防性维护保养，并组织质检人员全程参与保养过程，把控维修质量。

3.2 自控系统的问题

当下天然气长输管道领域压缩机正常运转阶段，对自控系统的调控功能表现出较高依赖性，若该系统有异常，则将会增加压缩机停机事件发生的风险。既往有很多资料记载了与自控系统运行故障相关内容，基本是始源于逻辑异常及逻辑元件损伤[5]。这就提示在使用自控系统的逻辑流程前期，一定要综合多个因素审视流程的准确性，利用计算机技术模拟仿真流程运转情况，及时发现逻辑运行阶段存在的问题，规范性纠偏。同时由于机组振动、温度检测信号都在离心压缩机运转部件旁边，长时间振动容易导致信号线疲劳破损，从而造成信号失真，采用硬质线能克服铠装线容易疲劳破损的弊端。

3.3 电力系统的问题

外电网是压缩机正常运行的重要支撑，尤其在雷雨多发的夏季运行，电网电压波动频繁，容易造成过电压和欠电压停机，通过对供电系统增加失电跨越改造，可以杜绝绝大多数短时电压波动造成的停机事故，在运行中，国产机组可以实现1秒以内的失电跨越，进口机组可以达到6秒以内失电跨越。同时，在运行中建议将双线路供电模式用于电路系统内，日常巡检阶段若发现有一组线路运行状态异常，则能快捷式切换，借此方式去维护压缩机运行过程的连贯性。企业电力管理部门也也应自觉将自身职能发挥出来，加大对上游变电状况的监测力度，从根本上确保线路切换工作效率，确保压缩机不间断运行。

3.4 辅助系统的问题

润滑油供油系统压力过低以及高位油箱液位陡降均会导致压缩机故障停机，需要定期对压力传感器进行检定检查，确保压力传感器完好可用；高位油箱液位由于设计缺陷，虹吸导致液位在短时间内陡降导致停机，可以增加限流孔板以杜绝虹吸现象出现；另外，仪表风系统要确保水露点在要求的范围内，避免因为水露点超标导致干气密封组件处节流结冰导致动静环之间摩擦加剧。

3.5 人员操作的问题

首先要降低运行人员的操作频次，加强运行人员专业技能培训，有效降低因为失误导致的停机事故；其次要优化工艺操作形式，比如，严格依照相关规范要求，落实干气密封排液的检查工作。要求设备检修人员要树立居安思危的意识，在压缩机正常运行阶段定期检测带液状况，实时简测水烃露点和粉尘量等指标。科学更换干气密封过滤器，力争从气质上进行控制。同时，可以对密封气进行预过滤，从而降低更换干气密封的频次。再如，加强干气密封状态下运行时间长度的调控，特别要尽量减缩500r/min工况下的运作时间，设定这一要求有益于维持动静环间稳定间隙对应安全裕量的充足性，减轻对密封面的磨损程度。