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聯系我們1、引言
天然氣長輸管道需要在沿途建立增壓站，通過壓縮機多級壓縮，實現天然氣長距離輸送。壓縮機是天然氣管道輸送的“心臟”，有往復式和離心式兩種類型。通常往復壓縮機適用于工況不穩定、壓
力高、流量較小的情況，離心壓縮機適用于處理量大且波動幅度不大的情況。目前國內的壓力高、口徑大、流量大天然氣管道增壓站，通常采用國外通用電氣GE和羅羅RR的離心式壓縮機。
近年來為了擺脫對國外壟斷行業的依賴，推動國家重大裝備制造業的發展，通過對進口設備的消化、吸收，目前已有國產長輸天然氣管道壓縮機陸續在中石油、中石化成功應用。2015年在中石化某增壓站采用了國產離心壓縮機組及配套設施，在投產試運行中對出現的問題進行了分析及解決，保障了壓縮機組安全平穩運行，為后續國產壓縮機用戶、施工單位、制造單位提供借鑒。
2、問題分析及解決措施
該增壓站設計了4套PCL355型離心式壓縮機，采用電機+齒輪箱驅動方案，變頻器、電機、干氣密封系統均由國產廠家提供。壓縮機組主要技術參數：進口壓力3.8MPa（G），出口壓力9.41MPa（G），額定流量535714Nm3/h，運行轉速12266r/min，電機功率7.5MW。
2015年6月～7月，該增壓站4臺壓縮機組進行了24h機械測試、防喘振測試、72h性能測試，在投產運行階段，發現了以下主要問題：（1）2臺機組驅動端和非驅動端，出現了干氣密封一級泄漏氣無壓力及流量問題；（2）主電機浮動密封環嚴重磨損轉子問題；（3）B機組電機正壓通風壓力低報連鎖停機問題。
2.1干氣密封一級泄漏氣無壓力及流量問題
該增壓站壓縮機采用了帶中間迷宮串聯式干氣密封，一級密封工作時承受全部介質壓力，工作壓力=平衡管壓力+0.3～0.4MPa，氣源為壓縮機出口端工藝氣；二級密封工作時承受較低壓力（≥0.02MPa），工作壓力=放火炬線孔板前壓力，氣源為一級泄漏的介質；隔離密封主要功能是阻擋油霧，工作壓力為微正壓（0.01～0.03MPa），氣源為壓縮空氣。由于現場沒有氮氣氣源，干氣密封沒有二級密封氣的注入。
在進行壓縮機72h負荷測試中，A機組非驅動端密封、B機組驅動端密封均出現了一級泄漏氣無壓力及流量問題。初步判斷為，二級密封彈簧蓄能密封圈的唇邊，在低壓差下可能未有效貼合或微小雜質進入引起輕微卡滯，形成短路的泄漏通道，致使一級密封泄漏出的少量工藝氣未流向一級泄漏通道，而直接通過泄漏點流向二級密封泄漏通道，zui終導致一級泄漏氣無法建立壓力。
為了驗證二級密封是否泄漏，分別對A機組非驅動端和B機組非驅動端實施以下步驟：（1）現場停機保壓，機殼內壓力2.0MPa（G）以上；（2）停潤滑油系統和隔離氣系統；（3）拆掉二級密封進氣口的盲法蘭（見圖2），接好法蘭、軟管及氮氣瓶進行充氣，此時該端的一級泄漏氣的壓力上升達到0.06MPa（G）左右，然后關閉一級泄漏氣管路球閥，通入0.5MPa（G）的氮氣，此時一級泄漏氣壓力顯示為0.5MPa（G），與氮氣瓶供氣壓力相同，將二級密封大氣側底部的排凝口打開，沒有感覺到有氣體泄漏出來，說明二級密封沒有問題。
排除二級密封問題后，懷疑二級密封進氣口可能存在不嚴密問題。將二級密封進氣口和排凝口恢復為盲法蘭（見圖1），發現一級泄漏氣壓力zui高又只能憋到20kPa（G）左右，再次對盲法蘭的緊固螺母重新把緊，完成后A機組非驅動端一級泄漏氣壓力能夠憋到200kPa（G）以上。對法蘭繼續把緊完畢后對A機組進行運轉，在達到900r/min時，一級泄漏氣的流量計指示為6.5Nm3/h，壓力達到設計值0.15MPa（G）。同樣把緊B機組驅動端二級密封進氣口盲法蘭，運轉后一級泄漏流量和壓力達到生產工藝要求。因此可確認該問題的原因為，二級密封進氣口盲法蘭螺栓未有效把
緊導致輕微泄漏。
該問題解決思路是二級密封直接工作在經一級密封端面泄漏而來的工藝氣，一級泄漏氣不但可以監控一級密封的運行情況，還可以為二級密封運行建立足夠的壓力。設計上通過泄漏氣管線上設置的背壓閥穩定泄漏氣壓力至0.15MPa（G），即二級密封的工作壓力，可保證二級密封在適合的壓力下可靠的工作。在保壓停機的狀態，從盲死的壓縮機二級密封氣進氣口通入一定壓力的氮氣，不僅可以對二級密封進行氣密性試驗，還可以對二級密封彈簧蓄能密封圈卡澀造成泄漏進行靜密封點恢復的工作。
在現場可以看到盲法蘭在底部狹窄空間，操作檢查不方便，施工單位未嚴格按照設計的螺栓扭矩值進行緊固，造成盲法蘭輕微泄漏未察覺，因此施工單位要重視壓縮機組螺栓緊固工序細節，如螺栓受力均勻、跳躍分次緊固、不能一次緊固到位等。
2.2主電機浮動密封環嚴重磨損轉子
2015年7月20日，A機組電機驅動端振動及軸瓦溫度出現短暫的異常波動，7月28日，瓦溫及振動振幅繼續增大，軸振動值達到40μm，生產工藝要求不超過38.1μm，zui高溫度達到80℃，接近連鎖停機值85℃，站場立即將A機組停機，切換至C機組運行。
現場拆開A電機軸承箱蓋，發現浮動現場密封環碳化燒結（見圖2），電機轉子磨損嚴重（見圖3）。
專家聯合會診分析電機軸磨損的可能原因：
一是聯軸器罩的末端固定在軸承密封端蓋上，由于聯軸器罩整體的重力作用，對密封端蓋外殼產生影響，導致浮動密封與軸之間形成摩擦，磨出環形槽；二是在安裝軸承時，上下瓦蓋之間合縫面涂抹的密封膠過多，多余的密封膠擠入軸承浮動密封環座，將浮動密封環粘牢在密封端蓋內，致使浮動密封沒有活動空間，與軸之間摩擦造成浮動密封損壞。針對這一對摩擦副哪個部件受損更嚴重問題，軸及浮動密封環粉末化學分析檢驗報告顯示，粉末中存在Si和Mn元素，用磁條靠近粉末，粉末全部被吸附，同時粉末的C元素達到10.16%，表征是能夠被磁條吸附的黑色粉末密度較金屬粉末要小得多。由此推測，在研磨初期，軸與環均發生磨損，同時磨下來的粉末在高溫的作用下結成一體，從而形成能夠吸附磁石的粉末。這種狀態的粉末較純粹的金屬粉末有很大的粘性，在某一個部位形成后，沒有立即大量脫落，而是粘附在密封環的側面不動，在一定的振動條件下，出現部分脫落，并且由于已經成片，脫落的部分中有一些可能再次進入環與軸之間，進一步擴大磨損的深度，再次磨下的粉末與進入的粉末有些在密封環內圓側粘結和硬化，并且擴大硬結化尺寸，即出現大尺寸硬結，這在A電機取下的環內圓上是可以看到的，而這種不同階段不同尺寸的硬結擴寬了軸表面的磨損范圍。由此可以確認，當軸表面與類絕緣材料的密封環發生摩擦時，軸表面一定會被不同程度的磨損。
為了解決浮動密封環磨損轉子問題，采取了以下措施：（1）針對磨損位置存在尖角和應力集中的問題，A電機轉子返廠維修，軸磨損位置加工成圓角過渡形狀，消除軸的應力集中；計算加工后軸直徑和強度，滿足裝配和生產要求。（2）電機軸承共設置5道浮動密封環，軸承里側3道，外側2道，可有效防止電機軸承漏油氣；由于電機聯軸器罩帶有回油管路及排氣管路，也是密封結構，即使存在少量的油氣泄漏會通過聯軸器罩上的管路回到油站，不會發生潤滑油氣外泄事故。
鑒于現場電機傳動端軸與浮動密封環磨損嚴重，將電機傳動軸承外側2道浮動密封環拆除。（3）上下瓦蓋之間不涂密封膠，僅在瓦蓋合縫面外側涂抹密封膠，保證密封膠不進入里面。
通過以上措施的實施，目前A機組經過修復后運行了2個多月，軸溫、軸振動值等參數均符合生產要求。
2.3B機組電機正壓通風壓力低報連鎖停機
2015年6月8日，正在試運行的B機組主電機正壓通風報警，造成連鎖跳車，導致供氣中斷，聯動上游氣田緊急放空壓縮機停機，同時啟運備用壓縮機。正壓通風正常運行時，主電機內部需保持1000Pa的微正壓，若低于150Pa則連鎖停機。首先通過肥皂水泡沫檢查漏氣點，發現進氣管多處連接接頭、電機兩側端蓋、接線箱、法蘭面均有漏氣現象，尤其接線箱下端電纜進出口漏風量很大。其次檢查壓力傳感器是否正常，在測試過程中，發現壓力變送器引壓管中有鐵屑，影響了壓力信號傳遞。
解決措施：首先在接線箱的密封接頭處安裝密封橡膠圈，保證電纜與密封接頭的密封，同時使用防爆膠泥將縫隙進行封堵；其次逐根清理管道內的鐵屑等雜質；zui后使用泄漏補償閥與LC－Boost同時給電機內部供氣，將保壓壓力提升至1100Pa，兩路供氣更加安全地確保電機內部壓力的穩定。
將以上優化措施應用到其它機組，成功解決了4臺機組正壓通風系統漏氣、壓力傳感器誤報安全隱患問題。
國產壓縮機組在該增壓站投產運行中，各機組總體運轉良好，運行參數均控制在設計范圍和生產運行規程內。但也暴露了盲法蘭螺栓未緊固到位、儀表管線未清理干凈、密封膠涂抹位置不合理等安裝質量對壓縮機生產運行安全影響問題，從而耗費了大量的人力、時間進行判斷處理。因此設計、制造、安裝、監理、業主單位應共同做好壓縮機安裝調試階段技術信息溝通工作，加強細節監管，明確安裝技術要點，全面提高天然氣管道國產壓縮機的安裝質量和服務。
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