压气站电机正压通风系统应用与故障分析

聂文，吕义超

(中石化天然气榆济管道分公司，山东 济南 250000)

天然气长输管道需要在沿途建立增压站，通过压缩机多级压缩，实现天然气长距离输送[1]。压缩机站作为长输管道的心脏，在天然气输送过程中扮演着重要角色。压缩机组是压气站的核心[2]，目前离心式天然气压缩机以电机变频驱动为主，离心式压缩机通常具有转速高、流量大、运转平稳、易损件少、连续工作等特点[3]。天然气输送环境属于易燃、易爆场所，因此对于大型电机的防爆措施要求比较严格。压缩机厂房内为爆炸危险场所1区[4]，当机组检修或长时间处于备用状态时，外界环境中的可燃气体可能进入电机内部，一旦因为绕组绝缘降低或者其他原因产生火花，容易发生电机爆炸事故。为了防止事故的发生，可在电机外部安装1套正压通风系统[5]，在电机启动前利用来自空压机的压缩空气对机体内部进行吹扫，并置换电机内部的混合气体，吹扫时间和置换的空气量根据需要设定，吹扫完成后电机才可正常启动。电机正常运行期间在电机外罩内部补充空气，使电机内部一直保持微正压，从而使周围环境的可燃气体无法进入电机内部，起到防爆功能[6]。

1 电机正压通风系统

电驱压缩机组防爆电机为正压通风型[7]，电机正压通风系统又称为电机吹扫系统[8]，EEx p加压系统是在1个EEx p电机外罩内产生并维持超压，防止环境中气体的进入。防爆电机可以与EEx p系统F-361.F4共同用于1区和2区爆炸危险区域。在使用正压外罩的情况下，可以达到EN 60079-2[9]规定的EEx P IIC T4类温度组别。在操作时，可以提供环境温度-20～+40 ℃的气体。

正压通风系统主要借助机械阀门和电磁控制比例阀的组合来提供独特的冗余机制，实现补偿泄漏空气的目的。该系统带核心控制器，该控制器的作用是自动监控并调节外罩内的正压，数字/比例阀提供设备保持正压所需要的空气。正压通风P/D原理如图1所示。

图1 正压通风P/D原理示意

2 电机正压通风系统的工作流程

正常操作中，控制机柜中的控制器会参照环境温度按照设定值来监控和调节EEx p外罩的内部压力。压气站SIEMENS电机型号为1SQ6716-4HS90-Z，其正压通风设计参数见表1所列。

表1 正压通风设计参数

电机正压通风系统的工作，可以分为3个步骤： 预吹扫—定时吹扫—泄漏补偿模式，下面对每个步骤进行详细分析。

2.1 预吹扫过程

在正常环境温度下，外罩内部压力增加，超过设置的最大压力值，快速排气阀会自动打开。当内部气压小于设定的最大值以后，快速排气阀会再次关闭。预吹扫过程如图2所示。

图2 预吹扫过程示意

2.2 定时吹扫过程

定时吹扫过程如图3所示，在连接压力供气装置并打开主开关时，吹扫阀、比例电磁阀、出气阀将被打开。吹扫过程中，来自空压机的压缩气体通过吹扫电磁阀、比例电磁阀及自动补偿阀进入电机外罩，并从出气阀排出，定时吹扫过程进入以下步骤：

1)当通过电机的压缩空气体积大于5倍的电机机壳内部空间体积后，初始吹扫过程结束。

2)当差压流量计差压值低于阈值0.1 kPa时，吹扫计时开始，此时数字显示器上显示剩余操作时间。

3)当达到系统设定时间10 min后，控制器给出信号，吹扫出口阀关闭，系统会发出“吹扫完成”远传信号至PLC中。

图3 定时吹扫过程示意

2.3 泄漏补偿模式

吹扫完成后，控制器中的继电器会切断吹扫阀的电源，吹扫阀关闭，同时出气阀也会关闭。该一系列操作完成后，压缩气体只能通过泄漏补偿阀和比例电磁阀进入电机内。当正压通风系统进入泄漏补偿模式后，电机壳体上设定的压力监测点将采集到的电机外壳压力信号pmin反馈给正压通风系统，当压力低于系统设定值1.26 kPa时，系统重新进入泄漏补偿状态，保持电机内腔压力始终高于外界。正压通风系统的泄漏补偿模式如图4所示。

图4 泄漏补偿模式示意

控制器的压力开关实时监测电机内腔的正压，如果压力下降到预先设定的最小值以下时，控制器中的端子会自动打开，并发出相应信号，关闭电机电源。为了防止吹扫过程中电机内腔压力波动导致的误报警，控制器中的端子带有5 s的脱出延时。

3 应用案例

3.1 故障描述

2017年4月23日，某长输管道压气站1号、2号压缩机组电机出现正压通风压力低报警，导致机组紧急停机；查看现场电机外罩内工作压力为1.26 kPa，压力显示正常。2017年5月1日，压气站1号、2号压缩机组电机再次出现正压通风压力低报警导致的机组停机事件。

3.2 故障原因分析

针对出现的正压通风压力低报警，从以下4个方面进行了分析：

1)来自空压机的压缩空气压力波动较大，电机外壳内气体压力随之变化，当压力低至开始吹扫压力转换点时，触发了机组紧急停机。

2)循环水压力变化大，电机内部空气冷却效果不佳，气体温度忽高忽低直接导致压力的变化幅度较大。

3)检查电机内压力监测管线是否正常、是否发生堵塞。

4)控制器设计参数设置不合理，导致正压通风气体压力出现变化。

3.3 处理措施

根据故障原因分析，采取以下措施预防正压通风系统产生的故障：

1)通过SCADA查看仪表风压力变化趋势，保证停机点附近仪表风压力在0.68～0.73 MPa。

2)现场观察循环水泵运行情况，保证水泵运行平稳，使电机的循环水压力在0.24～0.26 MPa，并处于稳定状态。

3)拆卸压力监测管线，用仪表风气体进行清洗，清除管内杂质。

4)查看控制器设置参数，使最小压力转换点压力与正压通风设计参数保持一致。设置合理的压力补偿阀值，保障机组的正常运行。同时，结合现场实际运行工况，将电机外罩内正常工作压力调整为1.6 kPa，控制器最大压力转换点保持2.5 kPa不变，降低压力波动幅度大导致的停机风险。

通过调整正压通风系统3台电机参数，随后压缩机运行及试运过程中，压缩机组未出现正压通风压力低报警导致的跳机事件发生。

为了保证电驱压缩机组电机的安全运行，必须加强对仪表风系统、循环水系统、润滑油系统等辅助系统的状态监测，及时掌握压缩机运行状态，提前预知机组隐患并做好预防性维护[10]，保障压缩机各系统的安全平稳运行。

4 结束语

正压通风系统是驱动压缩机组电机的关键系统，关系到压缩机组能否正常运行，对压气站的安全生产有着重要意义。通过对某长输管道压气站电机正压通风系统故障原因的分析，一方面找出故障原因，另一方面总结了类似问题的处理方法，为今后正压通风系统的故障处理提供了参考。