DPC2803天然氣壓縮機組保養(yǎng)工作研究

劉銳 王剛 梁策 李先兵 戴瑋

中國石油天然氣股份有限公司長慶油田分公司第五采氣廠 陜西西安 710018

前言

第五采氣廠所處蘇里格氣田屬于低壓、低滲、低產(chǎn)、低豐度的“四低”氣田，采用井下節(jié)流、集氣站增壓的開采技術(shù)。因此將來自各單井的低壓天然氣增壓后輸送到天然氣處理廠的壓縮機就成為天然氣生產(chǎn)的關(guān)鍵設(shè)備。DPC一2803整體式天然氣壓縮機組，由于其結(jié)構(gòu)簡單，運行平穩(wěn)，從建廠之初已成為我廠主要應(yīng)用機型。截止2014年初，我廠多臺壓縮機組由于運轉(zhuǎn)負荷大、累計運轉(zhuǎn)時間長等客觀原因，機組運轉(zhuǎn)工況明顯降低，出現(xiàn)維修成本逐年增加，設(shè)備故障類型增多，保養(yǎng)級別逐年升高的整體趨勢，因此增強設(shè)備維護保養(yǎng)質(zhì)量，持續(xù)增強關(guān)鍵設(shè)備管理水平是應(yīng)對以上問題，增強壓縮機組穩(wěn)定性和可靠性的有效手段。

2013年作業(yè)*區(qū)開展DPC-2803壓縮機組4000h+8000h保養(yǎng)11臺，24000h中修保養(yǎng)6臺，保養(yǎng)工作量和保養(yǎng)級別較往年明顯提高。整體保養(yǎng)工作歷經(jīng)保養(yǎng)前故障、隱患排查，保養(yǎng)期間系統(tǒng)檢查和針對性整改，以及保養(yǎng)后工作分析、總結(jié)和管理優(yōu)化等一系列漫長歷程，沉淀出大量寶貴經(jīng)驗，對以后壓縮機管理的技術(shù)支撐和管理優(yōu)化均具有明顯指導(dǎo)意義。

一、DPC-2803天然氣壓縮機組基本構(gòu)成和保養(yǎng)內(nèi)容介紹

1.天然氣壓縮機組基本構(gòu)成

DPC-2803天然氣壓縮機組由動力部分和壓縮部分兩大部分組成。

其中動力部分由曲柄連桿機構(gòu)，配氣機構(gòu)兩大機構(gòu)、以及潤滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，啟動系統(tǒng)，進排氣系統(tǒng)，點火系統(tǒng)五大系統(tǒng)組成。

壓縮部分由壓縮連桿、壓縮十字頭、中體、壓縮缸、進/排氣閥、壓縮缸活塞、活塞桿盤根、刮油盤根等配件組成。

2.天然氣壓縮機組保養(yǎng)內(nèi)容介紹

目前作業(yè)*區(qū)已開展的壓縮機保養(yǎng)有4000h保養(yǎng)、8000h保養(yǎng)、24000h中修保養(yǎng)三個保養(yǎng)級別，三個級別都會對壓縮部分、發(fā)動機部分、控制系統(tǒng)及儀表部分、輔助系統(tǒng)部分、空冷器部分等四個重點部位進行檢查檢修，但會因為保養(yǎng)級別不同具體工作量不同。現(xiàn)主要針對壓縮部分、發(fā)動機部分，根據(jù)其主要配件理論磨損周期，描述下各級保養(yǎng)主要工作量。

壓縮部分：①氣閥組件。壓縮缸進、排氣閥為鋼制閥體，12個塑料蘑菇頭，壓差開啟，彈簧關(guān)閉。理論氣閥磨損周期是，每半年（每4000h）對氣閥所有組件，如氣閥彈簧、蘑菇、氣閥螺釘、氣閥墊片、閥蓋墊片等進行檢查和更換，清理氣閥附著雜物，對于氣閥總成、壓閥罩以及閥蓋，各級檢查中均需對其完好性進行檢查，如有損壞則需進行更換；

②壓縮缸活塞。每半年（每4000h）保養(yǎng)時均需測量并調(diào)整壓縮缸內(nèi)外死點間隙，每一年（每8000h）保養(yǎng)時需拆卸壓縮缸活塞，測量活塞桿直徑。

二、壓縮機組保養(yǎng)期間問題統(tǒng)計分析

1.壓縮缸氣閥使用壽命低

2013年7月-10月，作業(yè)*區(qū)在對各集氣站壓縮機保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，各機組壓縮缸氣閥都有一定損耗，作業(yè)*區(qū)各站損壞氣閥組件統(tǒng)計見下表：

作業(yè)*區(qū)2013年保養(yǎng)壓縮缸氣閥故障統(tǒng)計

經(jīng)統(tǒng)計，損壞氣閥89.5%為進氣閥（故障部分為進氣閥升程限制器），另10.5%排氣閥（故障部分為排氣閥閥座），且故障形式均為氣閥螺釘斷裂，其在螺紋孔中震動，損傷氣閥螺栓孔，繼續(xù)使用可能出現(xiàn)氣閥漏氣現(xiàn)象。

另一方面，從下表中我們可以看出，蘇*7站、12站、14站損耗較為嚴重。損耗較高的集氣站都是機組負荷較低的集氣站（蘇*7站負荷率69%，蘇*12站負荷率74%，蘇*14站負荷率77%）。

作業(yè)*區(qū)各站負荷率與氣閥故障率統(tǒng)計

如圖1，通過研究氣閥工作原理我們可以發(fā)現(xiàn)，氣閥是利用氣缸與外部的壓差實現(xiàn)開啟關(guān)閉的部件，當氣缸內(nèi)形成負壓時進氣閥開啟，當氣缸內(nèi)形成高壓時排氣閥打開。

通過以上統(tǒng)計數(shù)據(jù)，目前壓縮缸氣閥損耗率高、壽命低的原因有以下幾點：

（1）蘇*7站、12站、14站由于機組負載較輕，氣閥排氣溫度較高，因此氣閥螺釘強度降低，當產(chǎn)生較大震動時容易出現(xiàn)斷裂情況；

圖1

（2）蘇*7站、12站、14站由于集氣站氣量不大，進氣壓力可以抽至1.0Mpa以下，當外輸壓力較高時，機組壓縮比變大，氣閥開啟、關(guān)閉的強度變大，因此容易出現(xiàn)螺釘被破壞現(xiàn)象；此外，壓縮缸在排氣沖程中，由于排氣壓力達到排氣閥開啟壓力時可及時泄出，但進氣閥卻需直接承受高排氣壓力沖擊，這也是進氣閥故障率高于排氣閥的原因；

（3）目前單井普遍采用排水采氣助產(chǎn)技術(shù)，但壓縮機進氣無相應(yīng)消泡措施，機組處理的天然氣含有泡沫等粘性液體，膠著在氣閥蘑菇和閥面上增加開啟難度。當不同氣閥彈簧和蘑菇開啟幅度不一致時，容易造成氣閥面受力不均，產(chǎn)生氣閥震動，破壞氣閥連接螺釘。

2.使用過沖中動力缸缸溫調(diào)校難度大

2013年，作業(yè)*區(qū)壓縮機保養(yǎng)工作開展前，蘇*8站1#機組、2#機組、3#機組，蘇*11站1#機組，以及蘇*10站1#機組在使用過程中均出現(xiàn)動力缸單缸溫差大，且不易調(diào)校的情況，長期運行會造成機組受力不均衡，負荷分布不均勻，影響使用壽命。

2013年在壓縮機保養(yǎng)期間，作業(yè)區(qū)針對此項問題開展專項檢查，通過對動力缸、點火系統(tǒng)、配氣機構(gòu)等進行細致排查，發(fā)現(xiàn)造成此現(xiàn)象主要由以下幾種原因：

（1）液壓油注油管路止回閥阻塞。注油管路止回閥是防止柱塞泵加壓后的液壓油倒流回液壓油儲罐而設(shè)置的單流閥。

該閥由于在長期使用過程中，若出現(xiàn)液壓油變質(zhì)產(chǎn)生油泥阻礙金屬小球運動，或是內(nèi)裝彈簧銹蝕、老化，開啟行程縮短或延遲，這兩種都會造成動力缸噴射閥開啟行程不同或開啟時間不一致，造成動力缸缸溫相差較大。蘇*8站1#機、蘇*10站1#機都對故障止回閥進行了更換；

（2）動力缸噴射閥由于長時間使用，其氣門密封面磨損，密封不嚴，當有天然氣提前泄漏進動力缸時造成，動力缸早燃，進而缸溫相差較大。蘇*8站1#機、2#機、3機、4#機，以及蘇*11站1#機均存在該問題。

（3）動力缸活塞積碳較多。當動力缸刮油環(huán)泄漏、或者動力缸出現(xiàn)過度潤滑時，動力缸活塞內(nèi)會產(chǎn)生一定積碳，當這些部位由于異常高溫，在動力缸作用過程中引起燃料氣發(fā)生早燃現(xiàn)象，因此與其他動力缸出現(xiàn)較大溫差。蘇*10站1#機出現(xiàn)此問題。

3.壓縮缸活塞桿與十字頭連接絲扣損傷

蘇*13站2#壓縮機2013年4月-5月運轉(zhuǎn)過程中發(fā)現(xiàn)，該機組運轉(zhuǎn)過程中當進氣壓力超出1.2MPa后，壓縮機動力缸密封墊處漏防凍液，更換動力缸缸頭墊子仍無法解決此類問題。

2013年5月9日，蘇*13站無節(jié)流器井蘇*12-44、蘇*12-45兩井叢在開井過程中，天然氣壓縮機機組進氣壓力突增，動力缸缸蓋處防凍液刺漏，動力缸缸溫高報警停機，在停機檢查過程中，發(fā)現(xiàn)1#動力缸缸蓋火花塞絲扣位置出現(xiàn)裂紋。需對對1#動力缸缸蓋進行更換，造成損失約6.2萬元。

針對該問題，2013年7月蘇*13站2#機組保養(yǎng)級別由原定4000h保養(yǎng)升級為8000h保養(yǎng)。保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)：

動力缸活塞內(nèi)（加強筋周圍）存在較多積碳；

動力缸活塞表面呈暗紅色，推斷存在異常燃燒；

壓縮缸活塞桿拆卸過程中發(fā)現(xiàn)，活塞桿與十字頭連接螺紋有損傷。

通過保養(yǎng)前運轉(zhuǎn)故障和保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)，我們可以推測造成該問題的原因有如下幾點：

（1）蘇*13站日常生產(chǎn)過程中一臺機組生產(chǎn)，一臺機組備用。由于備用機組長時間空載導(dǎo)致活塞內(nèi)積碳較為嚴重，積碳在動力缸活塞往復(fù)作用過程中，出現(xiàn)局部高溫，可能出現(xiàn)早燃現(xiàn)象；

（2）動力缸活塞表面呈暗紅色，除可能出現(xiàn)早燃現(xiàn)象外，還有可能燃料氣中帶液，攜帶液態(tài)烴的天然氣在活塞缸頭端產(chǎn)生爆燃，造成動力缸缸頭薄弱部位（火花塞絲扣連接處10mm厚）出現(xiàn)裂紋；

（3）該機組可能先前安裝過程中壓縮缸活塞與十字頭連接不緊固，從而機組運轉(zhuǎn)過程中，壓縮缸活塞與十字頭有輕微相對晃動，從而造成連接絲扣損傷，1#壓縮缸與2#壓縮缸運轉(zhuǎn)時動平衡不一致，因此機組容易出現(xiàn)超載現(xiàn)象。（通過軟件進行模擬，事發(fā)時機組負荷由79%突增至85%，但仍處于可接受范圍）。以上三個原因，判斷③原因為主要原因。

三、壓縮機組下一步技術(shù)改造方向和管理措施優(yōu)化

針對保養(yǎng)過程中發(fā)現(xiàn)的以上問題，為減免同樣問題對設(shè)備運行帶來不好影響，我們應(yīng)當在日后壓縮機管理和技術(shù)改造工作中，注意以下幾個方面：

1.針對集氣站氣量不高，壓縮機機組過于輕載集氣站，應(yīng)密切關(guān)注外輸壓力和排氣溫度變化，從而根據(jù)實際情況實時調(diào)整機組工況，減免壓縮比高、排氣溫度高等原因?qū)忾y的不良影響；

2.應(yīng)定時開展壓縮機停機檢查，拆卸壓縮缸氣閥，發(fā)現(xiàn)氣閥螺釘斷裂的，及時更換氣閥螺釘，避免由于故障螺釘造成氣閥損壞的現(xiàn)象；

3.保養(yǎng)過程中加強對噴射閥和注油管路止回閥的檢查，發(fā)現(xiàn)問題提前整改，避免動力缸負載不均對設(shè)備運轉(zhuǎn)造成不良影響；

4.壓縮機保養(yǎng)作業(yè)后，需嚴格檢查各連接部位連接緊固，設(shè)備內(nèi)部未遺留工器具和相關(guān)配件；

5.壓縮機運行應(yīng)當制定科學合理的運作制度，一方面避免動設(shè)備長期閑置，造成設(shè)備老化、腐化，另一方面，避免長時間空載運行，產(chǎn)生較多積碳，影響設(shè)備穩(wěn)定；

6.目前作業(yè)*區(qū)各集氣站壓縮機燃料氣來氣均改到外輸來氣，壓縮機加載后燃料氣干燥，但壓縮機長時間停機剛加載時，由于外輸管線可能存在一定積液，一定要加強調(diào)壓撬排液工作，避免動力缸發(fā)生爆燃，產(chǎn)生不安全因素；

7.拓展思路，研究技術(shù)創(chuàng)新、改造，建議為壓縮機來氣的天然氣凈化處理，增加消泡裝置，避免不純凈天然氣對氣閥產(chǎn)生不良影響。

結(jié)論

壓縮機計劃性保養(yǎng)工作是深層了解設(shè)備故障、分析改進設(shè)備管理模式的有效途徑，應(yīng)當在日后管理中與保養(yǎng)、維修工作多結(jié)合、多思考，豐富壓縮機管理的經(jīng)驗，提高壓縮機操作維護的技術(shù)水平。