黑沿子加氣站壓縮機組改造與應用

鄧寶慶，俞洪橋，楊春城，王曉峰 （中石油冀東油田分公司能源公司，河北 唐山063000）

黑沿子加氣站壓縮機組改造與應用

鄧寶慶，俞洪橋，楊春城，王曉峰 （中石油冀東油田分公司能源公司，河北 唐山063000）

介紹了黑沿子加氣站投產初期，因為天然氣氣質較富，造成CNG壓縮機在運行一段時間后，因為潤滑效果差造成活塞環(huán)磨損斷裂，機組排氣量大幅度降低的問題。針對這些問題，制定了黑沿子加氣母站壓縮機組活塞環(huán)和缸套的改造方案，通過實際應用，證明所選的改造方案適用黑沿子加氣母站的具體環(huán)境，壓縮機組達到了設計要求。

加氣站；壓縮機；活塞環(huán)；缸套；改造；應用

1 黑沿子加氣站簡介

黑沿子加氣站主要是針對CNG拉運拖車充裝的加氣母站，于2008年1月29日建成投產，設計加氣能力24×104m3／d。加氣站原料氣來自冀東油田開發(fā)試驗井組，站內主要生產裝置包括進站調壓、計量及分離裝置，原料氣干燥裝置，CNG壓縮機組等；輔助工藝裝置包括發(fā)電機、閉式排放罐和天然氣放散筒等；其他配套輔助系統(tǒng)包括：變配電、儀表自控、消防、給排水及其他配套輔助系統(tǒng)設施。工藝流程見圖1，原料氣組成見表1。

圖1 黑沿子加氣站工藝流程框圖

表1 黑沿子加氣站原料氣組成表

黑沿子加氣站的核心設備CNG壓縮機組選用10臺中石化江漢石油管理局第三機械廠生產的2D8-3.6／6-250型全風冷自動化橇裝天然氣壓縮機組，機組為4級壓縮，采用對稱平衡型布局，機組設計點進氣壓力0.5MPa，排氣量1100Nm3／h，電機功率191kW，最大活塞桿負荷6.1t。

進站的原料氣首先調壓到0.6MPa，經過計量裝置計量后進入到原料氣緩沖分離罐，再經撬裝脫水裝置深度脫水處理，水露點達到－80℃后進到壓縮機增壓。CNG拉運拖車充裝壓力20MPa，壓縮機4級出口壓力23MPa。

撬裝脫水裝置進口和出口設置10μm精密過濾器。壓縮機進氣口設置大容積前置分離器，二、三、四級進氣口設置級間分離器，均采用過濾分離結構，分離精度≤7μm，分離效率99%。四級排氣設置兩級分離，平均分擔分離負荷，發(fā)揮過濾器的最大分離效率。末級過濾器分離精度≤0.3μm，進口側含油量5mg／m3左右，出口側含油量可達到1mg／m3（小于所要求的2.5mg／m3左右）。末級過濾器濾材采用細級纖維，其余采用不銹鋼編織絲網，濾芯用不銹鋼網架作支撐。

2 投產初期壓縮機組故障現(xiàn)象及分析

2.1 投產初期壓縮機組故障現(xiàn)象

圖2 改造前壓縮機單機排氣量和運行時間關系圖

黑沿子加氣站投入運行初期設備運行一切正常，壓縮機組排氣量能夠達到設計要求。但在加氣站運行大約1個月后，數(shù)臺壓縮機組出現(xiàn)排氣量降低的現(xiàn)象，經過停機檢查，發(fā)現(xiàn)機組三、四級氣缸出現(xiàn)異常磨損，四級氣缸尤其嚴重，磨損最嚴重的氣缸比原設計值大了3mm，四級金屬活塞環(huán)大多斷裂。更換新的氣缸和相應的活塞環(huán)后，初期壓縮機組恢復正常，但是又在大約運行1個月后，同樣的故障再次出現(xiàn)。改造前單機排氣量和運行時間關系見圖2。

2.2 故障現(xiàn)象分析

機組出現(xiàn)排氣量降低的原因是高壓級氣缸的異常磨損［1］，導致四級高壓氣體泄漏至平衡腔，而后進入一級氣缸進氣口，造成一級氣缸吸入氣體減少，排氣量降低。

3 出現(xiàn)故障的原因分析

機組出現(xiàn)故障的原因有：①原料氣中含有較多的重烴組分，C3及以上組分含量達到了7.2mol%，重烴成分隨著壓縮過程中壓力、溫度的變化，析出凝析油，凝析油稀釋了氣缸潤滑油，造成氣缸潤滑條件惡化，引起氣缸異常磨損。②氣缸套材料及熱處理不理想，表面硬度偏低。③凝析油造成氣缸潤滑條件惡化，而金屬活塞環(huán)又無自潤滑性，造成氣缸磨損。④氣缸套的磨損變大，引起金屬活塞環(huán)的斷裂，加劇了氣缸的磨損。⑤由于高壓級金屬活塞環(huán)的軸向尺寸很小，活塞環(huán)對氣缸壁的比壓過大，引起氣缸磨損。

4 解決方案

通過對故障現(xiàn)象的認真分析，查找出了產生故障的原因，制定了可行的有針對性的解決方案。主要措施有：①選用非金屬的Peek活塞環(huán)替代金屬活塞環(huán)。Peek材料的活塞環(huán)耐溫性能好，具有金屬材料所不具有的自潤滑性，解決因潤滑不理想造成的氣缸過度磨損問題。②考慮到非金屬材料的強度極限，加大非金屬活塞環(huán)的軸向尺寸，這樣一來活塞環(huán)對氣缸壁的比壓降低低，氣缸的磨損會減少。③氣缸套材料采用專用滲氮鋼38CrMoAl，表面滲氮熱處理，表面硬度達950～1100HV，防止氣缸套的異常磨損。④縮小各級間的排液間隔，加密排液次數(shù)。⑤加強脫水裝置和過濾器的運行管理，確保脫水和過濾環(huán)節(jié)符合要求。

5 實際效果

首先按照以上方案改造了1臺壓縮機組，在同樣的生產條件下運行了600h，改造機組沒有出現(xiàn)排氣量明顯下降的情況 （圖3）。經解體檢查，各級活塞環(huán)和氣缸沒有出現(xiàn)異常磨損，而在同樣條件下運行的沒有改造的機組依然存在前述問題。由此可以確定，對機組的改造方案抓住了產生問題的真正原因，改造方案是成功的。

此后對其余機組陸續(xù)進行了改造，均獲得了成功。在以后氣源上游建成天然氣處理廠后，原料氣中重烴組分大大降低，改造后的壓縮機組在新的氣質條件下依然運行正常。

圖3 改造后壓縮機單機排氣量和運行時間關系圖

6 結 論

1）通過選用具有自潤滑性的非金屬Peek活塞環(huán)和增加氣缸套的表面硬度，成功解決了因凝析油造成潤滑效果下降，使活塞環(huán)和氣缸套磨損，機組排氣量降低的故障。

2）機組改造的成功為類似工藝條件下CNG充裝作業(yè)提供了很好的借鑒。

［1］沈慶根，鄭水英.設備故障診斷 ［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007.

Reconstruction of Compressor Assembly Used in Heiyanze Gas Station and Its Application

DENG Bao-qing，YU Hong－qiao，YANG Chun-cheng，WANG Xiao-feng（First Author’s Address：Energy Resources Company，Jidong Oilfield Company，CNPC，Tangshan063000，Hebei，China）

The problems of piston ring worn and breaking and serious reduction of discharging gas volume were introduced，which were induced by poor lubrication effect of CNG compressor used in Heiyanzi Gas Station because of enrichment of gas at the initial stage of production.In consideration of the problems，a scheme is established for reconstructing the piston and liner in the compressor assembly of Heiyanzi Gas Station.Application shows that the chosen scheme is appropriate for the concrete environment of the station，it can meet the requirement of design.

CNG station；compressor；piston ring；liner；reconstruction；application

TE972.1

A

1000-9752（2012）10-0153-03

2012-08-22

鄧寶慶 （1968-），男，1991年江漢石油學院畢業(yè)，高級工程師，現(xiàn)主要從事油田開發(fā)和集輸專業(yè)的管理工作。

［編輯］ 蘇開科