壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組故障以及優(yōu)化途徑探析

何偉

摘要：離心式壓縮機(jī)作為壓氣站的關(guān)鍵設(shè)備，其工作性能的良好性，決定了壓氣站運(yùn)行的穩(wěn)定I陛及可靠性，進(jìn)而會影響到天然氣的正常、安全輸送。從當(dāng)前壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組實際應(yīng)用情況來看，故障問題仍是比較常見的，導(dǎo)致離心式壓縮機(jī)無法正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不利于天然氣生產(chǎn)任務(wù)的順利完成，并且還存在較大的安全隱患。為改善壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組工作性能，就需要采取針對性優(yōu)化措施，杜絕故障問題的出現(xiàn)，文章對此進(jìn)行了詳細(xì)分析，對壓氣站建設(shè)和管理具有一定的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：壓氣站；離心式壓縮機(jī)；機(jī)組故障；優(yōu)化途徑

0引言

壓氣站在整個天然氣輸送管道中扮演著重要角色，主要起到過濾、分輸、計量、氣質(zhì)監(jiān)測等作用，而壓氣站這些作用的有效發(fā)揮，都是建立在離心式壓縮機(jī)機(jī)組正常、穩(wěn)定運(yùn)行基礎(chǔ)上的，所以，對其進(jìn)行優(yōu)化改造，降低故障發(fā)生幾率，具有重要的現(xiàn)實意義。某壓氣站現(xiàn)役離心式壓縮機(jī)機(jī)組正常檢修頻率為每年一次，但是，在近幾年使用過程中，機(jī)組經(jīng)常出現(xiàn)溫度、壓力異常現(xiàn)象，經(jīng)過對故障原因分析，決定使用旋風(fēng)分離器對其進(jìn)行改造，以有效解決離心式壓縮機(jī)機(jī)組故障問題。

1壓氣站離心式壓縮機(jī)工作原理及功能

在對壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組故障進(jìn)行優(yōu)化處理之前，應(yīng)先了解其工作原理以及運(yùn)行特點(diǎn)，以此作為理論依據(jù)，確保故障問題的有效排除。

1.1離心式壓縮機(jī)工作原理

離心式壓縮機(jī)又叫做透平式壓縮機(jī)，由轉(zhuǎn)子和定子兩部分組成，主要包括葉輪、軸、氣缸、回流器、擴(kuò)壓器等元件，其主要作用是對空氣進(jìn)行壓縮，以滿足生產(chǎn)工藝需求。離心式壓縮機(jī)在運(yùn)行時，葉輪的高速旋轉(zhuǎn)會生成離心力，此處壓力增強(qiáng)，帶動轉(zhuǎn)軸周圍的氣體進(jìn)入到擴(kuò)壓器中，此時葉輪周圍幾乎不存在氣體，處于真空狀態(tài)，外部的空氣便會不斷涌入。如此反復(fù)運(yùn)轉(zhuǎn)，將葉輪處的氣體甩出并重新吸收，氣體便會始終處于流動狀態(tài)，進(jìn)而實現(xiàn)對空氣的壓縮。

1.2離心式壓縮機(jī)運(yùn)行特點(diǎn)

與傳統(tǒng)活塞式壓縮機(jī)相比，離心式壓縮機(jī)優(yōu)點(diǎn)眾多：（1）設(shè)備結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊，在減小體積和重量的同時，還大幅提升了氣量；（2）運(yùn)轉(zhuǎn)效率較高，并且安全可靠，裝置元件磨損程度較弱，所需備件及維修費(fèi)較少，使用壽命較長；（3）對于化工介質(zhì)來講，離心式壓縮機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時，能夠做到絕對無油。

離心式壓縮機(jī)也存在一些缺點(diǎn)：（1）應(yīng)用場合有一定的局限性，氣量較小或者壓比過高環(huán)境都不適用；（2）穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)范圍十分有限，機(jī)組控制難度較大，并且整體應(yīng)用成本較高；（3）機(jī)組效率有待提升，與活塞式壓縮機(jī)存在一定差距。

1.3壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組選型

離心式壓縮機(jī)選型是否合理，是影響機(jī)組運(yùn)行效果及應(yīng)用效益的主要因素之一，為確保離心式壓縮機(jī)與壓氣站的匹配性，避免出現(xiàn)設(shè)備故障現(xiàn)象，就需要做好設(shè)備選型工作。當(dāng)前，在天然氣長輸管道中應(yīng)用離心式壓縮機(jī)時，所用驅(qū)動方式主要有燃?xì)怛?qū)動和電力驅(qū)動兩種，可結(jié)合實際情況，確定是否設(shè)置備用機(jī)組。以我國西氣東輸系統(tǒng)、陜京系統(tǒng)為例，對各壓氣站所用離心式壓縮機(jī)進(jìn)行調(diào)查統(tǒng)計，可以知道采用燃?xì)怛?qū)動和電力驅(qū)動的機(jī)組，分別占到了機(jī)組總數(shù)的60%和40%，且有70%的離心式壓縮機(jī)設(shè)有備用機(jī)組。

在選擇壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組時，需要從以下3方面進(jìn)行考慮：（1）機(jī)組選型和配置基本都是一次到位，結(jié)合管線具體分布情況，以及天然氣輸送需求，分析不同時間段和輸送量條件下所需壓力，選擇功率與之相契合的機(jī)組；（2）綜合實用性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、便捷性等多個方面，對不同類型機(jī)組進(jìn)行對比分析，確定最為合適的一種，并根據(jù)壓氣站實際情況，選擇最佳的驅(qū)動方式；（3）位于同一個管線系統(tǒng)中的壓氣站，所用離心式壓縮機(jī)型號應(yīng)保持一致，方便后期管理、維護(hù)及維修工作的順利開展，提高壓氣站整體運(yùn)行的穩(wěn)定性及可靠性。

2壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組故障

某壓氣站所用離心式壓縮機(jī)，所設(shè)計的每天可壓縮氣體量為100×10m3，與鼓風(fēng)廠合作對其改造后，每天可壓縮氣體量為55×10m3，投入使用后，穩(wěn)定狀況較為良好。近幾年，整個機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定性大大降低，設(shè)備故障現(xiàn)象發(fā)生次數(shù)明顯增多，其中3段出口處溫度和壓力偏高問題尤為突出，分別從原來的1.3 MPa和135℃，升高到1.55 MPa和146℃。對離心式壓縮機(jī)運(yùn)行異?，F(xiàn)象進(jìn)行分析，可以知道造成3段出口出溫度和壓力偏高的原因，主要為吸入的氣體中混有油液、管線內(nèi)腐蝕產(chǎn)物、藥劑顆粒等，沉積在壓縮機(jī)流道內(nèi)，導(dǎo)致氣體無法通暢流通，造成壓力和溫度的異常升高。

在對離心式壓縮機(jī)故障進(jìn)行分析時，主要分4步完成：（1）判斷壓力和溫度變化是否正常，工作人員利用專業(yè)儀器對壓力和溫度進(jìn)行測量，得知壓力和溫度分別偏高0.02 MPa和2℃，沒有超出規(guī)定誤差范圍，3段出口和4段出口管線表面溫度分別為130℃和110℃，兩處Dcs顯示的數(shù)值分別為145.6℃和121.5℃，表明溫度確實有所升高，而壓力也會增大；（2）對離心式壓縮機(jī)振動情況進(jìn)行分析，判斷振動是否正常。在檢測過程中，發(fā)現(xiàn)某轉(zhuǎn)子吸入端的振動值有所變化，比試運(yùn)時高出了10 um，由原來的30 um增大至40 um。在離心式壓縮機(jī)投入使用后，該轉(zhuǎn)子的振動值會在36 um和46 um之間不斷變化，無法保證振動值的穩(wěn)定性，每次波動時間大約為2 h，之后振動值會在38 um和40 um之間逐漸趨于穩(wěn)定。與往年相比，該轉(zhuǎn)子吸入端振動值變化較大，高出了往年的1-2倍。利用S8000診斷系統(tǒng)，對離心式壓縮機(jī)振動情況進(jìn)行分析，由診斷結(jié)果可判斷該轉(zhuǎn)子不具備良好的動平衡性能，即機(jī)組會出現(xiàn)異常振動現(xiàn)象；（3）從工藝流程角度進(jìn)行分析，判斷離心式壓縮機(jī)的運(yùn)行是否規(guī)范、合理。通過檢查發(fā)現(xiàn)，離心式壓縮機(jī)回流閥處，沒有出現(xiàn)泄露現(xiàn)象，閥門基本應(yīng)用功能良好；同時，每個分離器也都處于良好工作狀態(tài)，液位真實，可正常排液，基本應(yīng)用功能可有效發(fā)揮，整個離心式壓縮機(jī)機(jī)組均沒有泄露現(xiàn)象發(fā)生。在3段出口處壓力、溫度出現(xiàn)異常升高后，為順利完成天然氣輸送作業(yè)，壓氣站采取了相應(yīng)措施，對離心式壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)加以調(diào)控。具體操作是對機(jī)組進(jìn)行降壓處理，將壓力及流量分別控制在2.35-2.4 MPa和15 000-15 500 m3/h之間，降壓處理后，3段出口出的壓力和溫度增大幅度有所減小，轉(zhuǎn)子吸入端的振動值變化也逐漸穩(wěn)定，離心式壓縮機(jī)各項參數(shù)基本滿足正常運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)要求；（4）對離心式壓縮機(jī)3段出口處壓力升高現(xiàn)象進(jìn)行分析，找出造成這種問題的根本原因。由機(jī)組實際運(yùn)行情況可知，壓力和溫度僅在3段出口處有所升高，而4段出口處的壓力和溫度沒有明顯變化，由此可推測4段流道出現(xiàn)堵塞，導(dǎo)致氣體無法通暢流動。因為流量不變，氣量減少，使得流道內(nèi)壓力升高，出口總壓和進(jìn)口總壓比值變大，溫度隨之升高。氣體在流通過程中，油液、管線內(nèi)部腐蝕物、藥劑顆粒等雜物，碎氣體進(jìn)入到流道內(nèi)，受壓力和溫度的影響，粘附在流道內(nèi)壁，隨著時間的推移，逐漸堆積堵塞流道。在現(xiàn)場調(diào)查中，發(fā)現(xiàn)該壓氣站所用離心式壓縮機(jī)，其4段流道都存在堵塞現(xiàn)象，以3段和4段較為嚴(yán)重。對沉積物進(jìn)行取樣分析，發(fā)現(xiàn)雜物粒徑普遍在600 gm左右，最大粒徑超過了2000 gm。當(dāng)前離心式壓縮機(jī)所用分離器，可以分離出的雜物，液滴和固體最小粒徑分別為400 gm和200 gm，難以實現(xiàn)較為理想的分析效果，為有效過濾掉進(jìn)入流道內(nèi)的雜物，需在流道入口處提升分離器分離效果。

3壓氣站離心式壓縮機(jī)機(jī)組故障的優(yōu)化途徑

在對壓氣站離心式壓縮機(jī)故障現(xiàn)象進(jìn)行分析，并總結(jié)出主要誘因后，便需要采取針對性措施對其進(jìn)行優(yōu)化改造，以提高機(jī)組運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，降低故障發(fā)生幾率。根據(jù)調(diào)查分析結(jié)果可以得知，壓力、溫度異常升高，是該壓氣站離心式壓縮機(jī)存在的主要故障問題，而分離機(jī)分離效果差導(dǎo)致流道阻塞，是造成故障問題的主要原因，所以，在對離心式壓縮機(jī)機(jī)組故障進(jìn)行優(yōu)化時，主要是通過對旋風(fēng)分離器進(jìn)行改造來實現(xiàn)的。

此次改造所用分離器為旋流板式氣液分離器，其主體為兩端均是椎體的圓筒，分離器的核心部件為錐形旋流板，由多個葉片以圓的形式組合而成，每個葉片都設(shè)定有一個傾斜角度，在葉片的帶動下，經(jīng)過的氣體將會成為旋轉(zhuǎn)氣流，在向心力所形成的慣性作用下，氣體中夾雜的油液，會沿著葉片所組成的圓的切線向外飛出，最終匯集到溢流槽中，進(jìn)而便能夠?qū)怏w中的油液清除干凈。使用該種類型分離器，能夠有效分離出氣體中液滴直徑在5-75 um之間的油液，可以大幅減小壓力，不容易造成堵塞問題。

現(xiàn)階段天然氣輸油管中所用分離器，主要有離心分離、慣性分離、過濾分離、重力分離幾種類型，結(jié)合該壓氣站所用離心式壓縮機(jī)特點(diǎn)，從經(jīng)濟(jì)性角度經(jīng)分析，可知離心分流器和重力分離器能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的優(yōu)化改造效果。使用兩種方案進(jìn)行改造時，具體實現(xiàn)方式為分別是在現(xiàn)有分離器后方，增設(shè)一臺離心分離器，和用重力分離器取代現(xiàn)有分離器。對兩種方案進(jìn)行比較，從分離效果、操作管理、改造成本等幾方面進(jìn)行綜合分析，可以發(fā)現(xiàn)方案一明顯優(yōu)于方案二，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)較為理想的分離效果，有效清除掉氣體中夾雜的油液等雜質(zhì)，而且總造價較低，經(jīng)濟(jì)效益良好，所以，決定采用方案一對離心式壓縮機(jī)進(jìn)行改造。即在現(xiàn)有的立式分離器后，增設(shè)一臺旋風(fēng)分離器，經(jīng)改造后，可以實現(xiàn)對氣體中油液和雜質(zhì)較為理想的分離效果，離心式壓縮機(jī)流道不會出現(xiàn)堵塞問題，有效解決了壓力、溫度異常升高故障。

4結(jié)語

對于壓氣站的穩(wěn)定運(yùn)行來講，必須要確保離心式壓縮機(jī)工作性能的良好性，杜絕故障問題的出現(xiàn)，進(jìn)而才能順利完成生產(chǎn)作業(yè)?；谏a(chǎn)生活對天然氣等能源需求量不斷提升，天然氣輸送管道建設(shè)及改建工程也在大力開展，壓氣站作為整個管道系統(tǒng)的中轉(zhuǎn)站點(diǎn)，其運(yùn)行情況與天然氣的輸送存在密切關(guān)系，只有加大對壓氣站關(guān)鍵性設(shè)備裝置的研究力度，采取有效措施和方法，對離心式壓縮機(jī)進(jìn)行優(yōu)化改造，才能保證機(jī)組正常、穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，避免故障問題的出現(xiàn)。