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国产压缩机组投产运行问题分析及解决措施
点击次数:713 发布时间:2016-07-15

1、引言
  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。压缩机是天然气管道输送的“心脏”,有往复式和离心式两种类型。通常往复压缩机适用于工况不稳定、压
力高、流量较小的情况,离心压缩机适用于处理量大且波动幅度不大的情况。目前国内的压力高、口径大、流量大天然气管道增压站,通常采用国外通用电气GE和罗罗RR的离心式压缩机。
近年来为了摆脱对国外垄断行业的依赖,推动国家重大装备制造业的发展,通过对进口设备的消化、吸收,目前已有国产长输天然气管道压缩机陆续在中石油、中石化成功应用。2015年在中石化某增压站采用了国产离心压缩机组及配套设施,在投产试运行中对出现的问题进行了分析及解决,保障了压缩机组安全平稳运行,为后续国产压缩机用户、施工单位、制造单位提供借鉴。
2、问题分析及解决措施
  该增压站设计了4套PCL355型离心式压缩机,采用电机+齿轮箱驱动方案,变频器、电机、干气密封系统均由国产厂家提供。压缩机组主要技术参数:进口压力3.8MPa(G),出口压力9.41MPa(G),额定流量535714Nm3/h,运行转速12266r/min,电机功率7.5MW。
2015年6月~7月,该增压站4台压缩机组进行了24h机械测试、防喘振测试、72h性能测试,在投产运行阶段,发现了以下主要问题:(1)2台机组驱动端和非驱动端,出现了干气密封一级泄漏气无压力及流量问题;(2)主电机浮动密封环严重磨损转子问题;(3)B机组电机正压通风压力低报连锁停机问题。
2.1干气密封一级泄漏气无压力及流量问题
该增压站压缩机采用了带中间迷宫串联式干气密封,一级密封工作时承受全部介质压力,工作压力=平衡管压力+0.3~0.4MPa,气源为压缩机出口端工艺气;二级密封工作时承受较低压力(≥0.02MPa),工作压力=放火炬线孔板前压力,气源为一级泄漏的介质;隔离密封主要功能是阻挡油雾,工作压力为微正压(0.01~0.03MPa),气源为压缩空气。由于现场没有氮气气源,干气密封没有二级密封气的注入。
在进行压缩机72h负荷测试中,A机组非驱动端密封、B机组驱动端密封均出现了一级泄漏气无压力及流量问题。初步判断为,二级密封弹簧蓄能密封圈的唇边,在低压差下可能未有效贴合或微小杂质进入引起轻微卡滞,形成短路的泄漏通道,致使一级密封泄漏出的少量工艺气未流向一级泄漏通道,而直接通过泄漏点流向二级密封泄漏通道,zui终导致一级泄漏气无法建立压力。
为了验证二级密封是否泄漏,分别对A机组非驱动端和B机组非驱动端实施以下步骤:(1)现场停机保压,机壳内压力2.0MPa(G)以上;(2)停润滑油系统和隔离气系统;(3)拆掉二级密封进气口的盲法兰(见图2),接好法兰、软管及氮气瓶进行充气,此时该端的一级泄漏气的压力上升达到0.06MPa(G)左右,然后关闭一级泄漏气管路球阀,通入0.5MPa(G)的氮气,此时一级泄漏气压力显示为0.5MPa(G),与氮气瓶供气压力相同,将二级密封大气侧底部的排凝口打开,没有感觉到有气体泄漏出来,说明二级密封没有问题。
排除二级密封问题后,怀疑二级密封进气口可能存在不严密问题。将二级密封进气口和排凝口恢复为盲法兰(见图1),发现一级泄漏气压力zui高又只能憋到20kPa(G)左右,再次对盲法兰的紧固螺母重新把紧,完成后A机组非驱动端一级泄漏气压力能够憋到200kPa(G)以上。对法兰继续把紧完毕后对A机组进行运转,在达到900r/min时,一级泄漏气的流量计指示为6.5Nm3/h,压力达到设计值0.15MPa(G)。同样把紧B机组驱动端二级密封进气口盲法兰,运转后一级泄漏流量和压力达到生产工艺要求。因此可确认该问题的原因为,二级密封进气口盲法兰螺栓未有效把
紧导致轻微泄漏。
该问题解决思路是二级密封直接工作在经一级密封端面泄漏而来的工艺气,一级泄漏气不但可以监控一级密封的运行情况,还可以为二级密封运行建立足够的压力。设计上通过泄漏气管线上设置的背压阀稳定泄漏气压力至0.15MPa(G),即二级密封的工作压力,可保证二级密封在适合的压力下可靠的工作。在保压停机的状态,从盲死的压缩机二级密封气进气口通入一定压力的氮气,不仅可以对二级密封进行气密性试验,还可以对二级密封弹簧蓄能密封圈卡涩造成泄漏进行静密封点恢复的工作。
在现场可以看到盲法兰在底部狭窄空间,操作检查不方便,施工单位未严格按照设计的螺栓扭矩值进行紧固,造成盲法兰轻微泄漏未察觉,因此施工单位要重视压缩机组螺栓紧固工序细节,如螺栓受力均匀、跳跃分次紧固、不能一次紧固到位等。

2.2主电机浮动密封环严重磨损转子
2015年7月20日,A机组电机驱动端振动及轴瓦温度出现短暂的异常波动,7月28日,瓦温及振动振幅继续增大,轴振动值达到40μm,生产工艺要求不超过38.1μm,zui高温度达到80℃,接近连锁停机值85℃,站场立即将A机组停机,切换至C机组运行。
现场拆开A电机轴承箱盖,发现浮动现场密封环碳化烧结(见图2),电机转子磨损严重(见图3)。
专家联合会诊分析电机轴磨损的可能原因:
一是联轴器罩的末端固定在轴承密封端盖上,由于联轴器罩整体的重力作用,对密封端盖外壳产生影响,导致浮动密封与轴之间形成摩擦,磨出环形槽;二是在安装轴承时,上下瓦盖之间合缝面涂抹的密封胶过多,多余的密封胶挤入轴承浮动密封环座,将浮动密封环粘牢在密封端盖内,致使浮动密封没有活动空间,与轴之间摩擦造成浮动密封损坏。针对这一对摩擦副哪个部件受损更严重问题,轴及浮动密封环粉末化学分析检验报告显示,粉末中存在Si和Mn元素,用磁条靠近粉末,粉末全部被吸附,同时粉末的C元素达到10.16%,表征是能够被磁条吸附的黑色粉末密度较金属粉末要小得多。由此推测,在研磨初期,轴与环均发生磨损,同时磨下来的粉末在高温的作用下结成一体,从而形成能够吸附磁石的粉末。这种状态的粉末较纯粹的金属粉末有很大的粘性,在某一个部位形成后,没有立即大量脱落,而是粘附在密封环的侧面不动,在一定的振动条件下,出现部分脱落,并且由于已经成片,脱落的部分中有一些可能再次进入环与轴之间,进一步扩大磨损的深度,再次磨下的粉末与进入的粉末有些在密封环内圆侧粘结和硬化,并且扩大硬结化尺寸,即出现大尺寸硬结,这在A电机取下的环内圆上是可以看到的,而这种不同阶段不同尺寸的硬结扩宽了轴表面的磨损范围。由此可以确认,当轴表面与类绝缘材料的密封环发生摩擦时,轴表面一定会被不同程度的磨损。
为了解决浮动密封环磨损转子问题,采取了以下措施:(1)针对磨损位置存在尖角和应力集中的问题,A电机转子返厂维修,轴磨损位置加工成圆角过渡形状,消除轴的应力集中;计算加工后轴直径和强度,满足装配和生产要求。(2)电机轴承共设置5道浮动密封环,轴承里侧3道,外侧2道,可有效防止电机轴承漏油气;由于电机联轴器罩带有回油管路及排气管路,也是密封结构,即使存在少量的油气泄漏会通过联轴器罩上的管路回到油站,不会发生润滑油气外泄事故。
鉴于现场电机传动端轴与浮动密封环磨损严重,将电机传动轴承外侧2道浮动密封环拆除。(3)上下瓦盖之间不涂密封胶,仅在瓦盖合缝面外侧涂抹密封胶,保证密封胶不进入里面。
通过以上措施的实施,目前A机组经过修复后运行了2个多月,轴温、轴振动值等参数均符合生产要求。
2.3B机组电机正压通风压力低报连锁停机
2015年6月8日,正在试运行的B机组主电机正压通风报警,造成连锁跳车,导致供气中断,联动上游气田紧急放空压缩机停机,同时启运备用压缩机。正压通风正常运行时,主电机内部需保持1000Pa的微正压,若低于150Pa则连锁停机。首先通过肥皂水泡沫检查漏气点,发现进气管多处连接接头、电机两侧端盖、接线箱、法兰面均有漏气现象,尤其接线箱下端电缆进出口漏风量很大。其次检查压力传感器是否正常,在测试过程中,发现压力变送器引压管中有铁屑,影响了压力信号传递。
解决措施:首先在接线箱的密封接头处安装密封橡胶圈,保证电缆与密封接头的密封,同时使用防爆胶泥将缝隙进行封堵;其次逐根清理管道内的铁屑等杂质;zui后使用泄漏补偿阀与LC-Boost同时给电机内部供气,将保压压力提升至1100Pa,两路供气更加安全地确保电机内部压力的稳定。
将以上优化措施应用到其它机组,成功解决了4台机组正压通风系统漏气、压力传感器误报安全隐患问题。
国产压缩机组在该增压站投产运行中,各机组总体运转良好,运行参数均控制在设计范围和生产运行规程内。但也暴露了盲法兰螺栓未紧固到位、仪表管线未清理干净、密封胶涂抹位置不合理等安装质量对压缩机生产运行安全影响问题,从而耗费了大量的人力、时间进行判断处理。因此设计、制造、安装、监理、业主单位应共同做好压缩机安装调试阶段技术信息沟通工作,加强细节监管,明确安装技术要点,全面提高天然气管道国产压缩机的安装质量和服务。
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