大型往复式压缩机组故障分析及预防措施

大型往复式压缩机组故障分析及预防措施李彩霞，杨建刚，朱瑞( 中国石油冀东油田油气集输公司，河北 唐海 063200)摘 要:介绍了冀东油田南堡联合站大型往复式压缩机的常见故障原因及预防措施，并为保障大型往复式压缩机的安全运行提出了建议，为大型往复式压缩机的故障处理和运行管理提供了参考。关键词:压缩机; 故障分析; 预防措施中图分类号:TH457文献标志码:BAnalysis of the Failure in Large-scale Reciprocating Compressors and PreventionsLI Cai-xia，YANG Jian-gang，Zhu Rui( Oil and Gas Gathering and Transferring Company，Jidong Oil Field，Petrochina，Tanghai 063200，China)Abstract: This paper introduces the reason and prevention of the common failures in large scale reciprocatingcompressors in nanpu central treating station，jidong oil field It gives suggestions on large scale reciprocating compressors safe and stable running Meanwhile，it provides references for failure treatment and performance management of large scale reciprocating compressorKey words: compressor; failure analysis; prevention机组采用 PLC 控制系统，机组控制盘( UCP) 与DCS 系统通过 RTU 通迅协议 modbus 通迅口进行通 迅，UCP 可 以 把 压 缩 机、电 机 和 工 艺 参 数 上 传 给 DCS，指示、报警、停机如表 1。引言大型往复式压缩机是石油化工行业中应用非常 广泛的一种压缩机，也是最为复杂，最容易出现故 障，管理难度较大的设备。随着技术的不断发展，压 缩机的规模也越来越大，精度和自动化程度也越来 越高，所以对大型往复式压缩机的使用管理和故障 分析判断也提出了更高的要求。每台压缩机的厂 家、设计和工况不同，出现的故障和原因也会不同， 本文主要针对冀东油田南堡联合站进口 JGD /6 大 型往复式天然气压缩机的常见故障原因进行了分 析，并提出了相应的预防措施。1压缩机的故障分析从 2009 年 10 月投运以来，通过对压缩机运行 和检修中发现的问题统计，主要故障见如表 2。通过表 2、3 可以看出，压缩机的故障有工艺方 面故障，仪表、控制系统故障; 压缩机本身和辅助设 备的机械故障，从投产到目前为止压缩机各种故障 的频率变化趋势也不同。压缩机仪表类故障占的比 例最大，由于是新设备，机械类故障相对来说比较 少。下面就压缩机运行一年多来的各种故障进行分 析。3. 1压缩机各级入口过滤网堵过滤网堵主要是一级和二级入口过滤网堵。一 级入口过滤网堵的表象就是，系统来气压力比较高， 一级出口压力却很低，同时排量和其他各级压力都 有所降低; 若是二级入口过滤网堵，表象就是一级排 气压力逐渐升高，导至压缩机停机。主要原因: ( 1 ) 投产初期，外围工艺管道泥沙焊渣较多，一号岛来气 油泥等杂质较多，导致压缩机滤网堵塞情况经常发32JGD /6 压缩机组概况JGD /6 大型往复式压缩机是冀东南堡联合站135 万 m3 / d 天然气处理装置的核心设备，主要功能是将海上来的 0. 2 0. 3 MPa 的天然气增压至 3. 5 4. 0 MPa，使之符合天然气处理分离所需的压力。 它采用的是美国 ARIEL 公司生产的往复式压缩机， 电机驱动，单台处理能力为 81 104 m3 / d，压缩机从2009 年 10 月投运。收稿日期:2011 07 152012 年第 1 期李彩霞，等: 大型往复式压缩机组故障分析及预防措施55生; ( 2) 由于冬天气温比较低，过滤网处有水化物形成( 主要是冬季刚启机时) 。为解决此问题: ( 1 ) 加 强一级滤网前后压差和各级排气压力的检查，发现问题及时停机清理; ( 2 ) 关小空冷器百叶窗开度及停一台风机，提高压缩机排气温度; ( 3 ) 冬季起机时 运行一段时间温度上来后再缓慢加载，同时注意观 察压缩机各级排气压力和温度的变化。通过采取以 上措施，从 2010 年二季度开始压缩机滤网堵塞问题 已基本不再发生。表 2 南堡联合站原料气压缩机故障统计表表 1指示、报警、停机表工艺系统润滑油系统表 3 压缩机各类型故障所占比例统计表压缩机空冷器管束堵塞2009 年 12 月份空冷器多次出现冻堵情况，致 使压缩机无法正常工作。空冷器管束堵塞主要是由 于冬季环境温度较低，天然气中含水，压缩机 3 级排 气压力高，而且空冷器的管束比较细又是两管程，有 节流效应，容易形成水化物冻堵。防范措施: 适当调整空冷器风机启动的台数和 百叶窗开度。通过摸索，冬季启用一台风机，同时关3. 2主机主电机注: PT压力变送器; PS压力开关; PG就地压力表; PdG就地差压表; RTD热电阻; TS温度开关; TG就地温度计; LS液位开 关; LG就地液位计; FS流量开关; 瑏瑡VT振动变送器; 瑏瑢VS振动开关;瑏瑣I指示; 瑏瑤H / L高/ 低报警; 瑏瑥HH / LL高高/ 低低停机。图 1 工艺空冷器图主电机线圈温度RTDIH主电机轴承温度RTDIHHH主电机振动VTIHHH主电机电流I压缩机填料温度RTDIHHH压缩机主轴承温度RTDIHHH压缩机振动VTIHHH故障类型故障次数所占比例%工艺方面1630 8机械方面1121 2自控仪表2548 0合计52100压缩机机身润滑油压力PG / PTIIL压缩机机身润滑油压力PSLL油过滤器压差PdGIH油冷却器入口温度TGI油冷却器出口温度TG / RIDIIH压缩机曲轴箱油位LGI压缩机轴轴箱油位低LSL注油器无流量FSLL油加热器TC / TS序 号故障名称2009 年4 季度2010 年1 季度2010 年2 季度2010 年3 季度2010 年4 季度故障类别1压缩机各级入口 滤网堵塞84000工艺 方面2压缩机空冷器管 束堵塞310003气阀损坏32120机械 方面4空冷器振动大021005液位开关误报警47210自控 仪表 故障6液位控制器故障001207自动排污阀故障002008无油流开关报警101019旁路阀卡阻00030一级进气压力PG / PTIIH / L一级进气压力PSHH / LL其他级进气压力PGI其他级排气压力PG / PTIIH其他级排气压力PSHH一级进气工艺气过滤器差压PdGI各级排气温度TG / RIDIIH各级进气温度TGI各级进气分液罐液位LGI各级进气分液罐液位高LSH出口过滤分离器液位LGI空冷器振动VSIHH正压通风压力低L项目测量元件指示报警停机就地安装控制盘制制盘控制盘压缩机技术2012 年第 1 期56小百叶窗开度，在保证其他级排气温度不高的情况下，将 3 级排气温度提高至 75 以上，并定期对空 冷器管束吹扫之后，保证了压缩机正常启机。的根本原因是轴承磨损过大。更换轴承后，空冷器振动值有 15 mm / s 降低至 6 mm / s，也证实了判断是 正确的。防范措施: 定期对空冷器进行保养，包括定期紧 固构架、扇叶各部位螺丝，检查扇叶角度、轴的垂直 度，清理扇叶的脏物，定期给轴承润滑，轴承有问题 及时更换，定期检查风机皮带的松紧度和带轮的平 行度。气阀故障JGD /6 原料气压缩机在投产 700h 后，就发现 1#、2#、3#压缩机 2 级排气阀相继发生了故障，阀片、 弹簧断裂( 见图 2 ) ，而且都是 2 级排气阀。正常情 况下压缩机的气阀寿命在 8000 h 左右。主要表现 就是 2 级排气温度、气阀温度明显升高。气阀故障 主要有 2 点原因: ( 1 ) 来气含杂质较多和磨合期过 度润滑，使压缩机气阀阀片表面积聚很多积炭，导致 表面凹凸不平，气阀弹簧受力不均匀，最终导致弹簧 损坏，阀片断裂; ( 2 ) 投产初期，天然气装置运行不 平稳，天然气直接外输，压缩机出口压力远低于设计 压力 3. 5 4. 75 MPa，只有 2. 26MPa，偏离了设计工 况，至使压缩机气阀弹簧相对过硬。防范措施: ( 1 ) 调整运行参数在设计范围内; ( 2) 不能过度润滑。3. 33. 5液位开关误报警压缩机液位开关采用的是 MURPHY LS 200型电液位开关。通过浮子动作触发 SPDT ( 干触点开关) ，产生液位高报警停机信号。从统计看 3 台 原料气压缩机液位高误报警的故障发生频率是比较 高的。产生误报警的可能原因有 4 种: ( 1 ) 接线松 动; ( 2) 干触点开关坏; ( 3 ) 浮子有问题; ( 4 ) 气流波 动大，对浮子产生挠动。防范措施: ( 1 ) 定期检查紧固接线; ( 2 ) 尽量减 少压缩机来气的波动，洗涤罐保持一定液位; ( 3 ) 适 当延长液位高停机延时。3. 6 压缩机洗涤罐液位控制器故障液位控制器的故障: ( 1 ) 浮子轴被脏物卡住;( 2) 触片上方的孔座调节不当，使浮子不能灵活动 作，或气孔漏气; ( 3) 密封不好漏液。触片调节要注意: ( 1 ) 只能微调，上面的调节座 调节量不能超过 1 /32 圈; ( 2 ) 调节时要在浮子下沉 的位置调; ( 3) 调节到气孔刚不漏气，同时孔座刚好 接触到触片并保证浮子能上下自由活动为合适。此机组液位控制器故障，最多的是密封处漏液， 通过观察发现液位控制器渗漏几乎都是压缩机 2 级、3 级出口洗涤灌液位控制器，控制器动作频繁( 2 3s 一次) ，液位经常保持在高液位，浸泡金属杆的 密封导致密封失效。根本原因是 2、3 级排污量较 大，自动排污阀通经较小。处理及防范措施: 更换了新的控制器后，并把排 污旁通阀开一点，使它不频繁开启，保持在中间液 位。通过更换调整后，液位控制器运行良好。另外， 为保障压缩机安全运行，可以适当备 2 套液位控制 器作为备用。图 2 损坏的气阀图3. 4工艺空冷器振动大在压缩机运行了 1000 h 后，2 #压缩机工艺空冷 器 1#风机振动值由投产期间的 6 mm / s，逐渐增大至19 mm / s，严重影响设备安全运行。空冷器振动大的可能原因有 6 点:( 1) 振动传感器不准; ( 2) 空冷器构架及风机固 定螺栓松动; ( 3 ) 风机各扇叶的角度偏差过大; ( 4 ) 风机轴不垂直; ( 5 ) 风机皮带的松紧不合适及皮带 轮不平行; ( 6) 风机的轴承损坏。为找出真正原因，维修人员本着从易到难的原 则，一个个排除。首先通过手持式振动测量仪的振 动值与控制盘显示值的对比，排除了振动传感器不 准的因素。又通过紧固空冷器构架、风扇等螺栓，检 测调整风机轴的垂直度和扇叶角度，调整风机皮带 的松紧和带轮的平行度，使振动值由 19 mm / s 降至15 mm / s，但振动值仍偏大。所以可以判断振动大压缩机洗涤罐自动排污阀失灵自动排污阀本身最容易出现 2 个问题: ( 1 ) 阀 的膜片损坏; ( 2 ) 阀膜片锁紧螺母松动。自动排污 阀的故障判断很简单，就是拆开检查。防范措施就 是将自动排污阀纳入检查保养范围。3. 72012 年第 1 期李彩霞，等: 大型往复式压缩机组故障分析及预防措施573. 8无油流开关无故报警停机当压缩机运行时，主油泵将润滑油从曲轴箱泵4. 2坚持开展压缩机状态监测工作目前大型压缩机自控系统能对工艺参数、振动、温度等进行监测和报警停机保护，但是还不能完全反映压缩机的技术状态。比如压缩机有振动监测和 报警停机，各级排气温度高报警停机，但产生振动大 和温度高的原因还是不能反映出来。因此还需要采 用一些专用的仪器对压缩机的状态进行定期监测。 简单的可以用红外线测温仪，便携式测振仪对压缩 机的气阀温度和某些重要部位的振动进行定期监 测。有条件的可以采用往复式设备状态监测仪定期 对压缩机的进行分析，它可以通过红外线、超声、压 力传感器、振动传感器相结合，测试压缩机的功图， 通过压缩机的功图和在每个工作循中的事件分析出 压缩机气阀、十字头、连杆瓦、活塞环的技术状态。4. 3要重视压缩机的润滑工作压缩机的润滑首先要按厂家说明书的要求选用 合适的润滑油; 其次压缩机的预润滑和运行中一定 要保证压缩机润滑油压力、温度和液位在规定范围。 油压低和油温高都会造成压缩机的严重损坏。曲轴 箱油位过低，就会报警停机，油位过高: ( 1 ) 散热不 好，容易引起润滑油温度高; ( 2 ) 曲轴旋转时搅动润 滑油容易使润滑油变质; ( 3) 要定期换油( 压缩机一 般的换油周期在 4000 h) 或按质换油; ( 4 ) 不能润滑 不足和过度润滑，即注油量不能过少和过多。注油 量过多容易引起压缩机气道和气阀沉积物过多损坏 气阀，使填料箱产生“液压”效应造成填料漏气。润 滑不足就会加速压缩机的磨损。到强制注油器后，通过高压注油泵注入压缩机活塞杆填料函、气缸活塞环处，在注油点之前经过无油流 开关监测，如果该开关监测到无油流时，延时 60s 后 自动停机。造成无油流故障报警停机的可能原因有4 点: ( 1) 由于压缩机气缸、填料真的没有流量; ( 2 ) 无油流量开关电池电不足; ( 3 ) 无油流量开关与分 配块相连的检测磁针( 位移开关) 问题; ( 4 ) 接线松 动。在出现无油流报警停机后，维修人员可先以对 压缩机各注油点逐一实验，如注油良好，无油流开关 还一直报警，说明是开关问题。我们可以先检查无 油流开关电池电量，如电量低于 20% ，说明是电量 不足，更换电池; 若电量不低，说明是磁针或接线问 题，再检查磁针和接线( 注: 如果无油流开关用 24V 电源供电，需要先检查接线问题)防范措施: 将无油流开关电量、接线检查工作也 纳入压缩机定期保养计划之中。3. 9 旁路阀卡阻自 2010 年 9 月，3 台原料气压缩机旁路阀开关 出现卡阻现象，导致在压缩机加载时，此阀不能关 闭，严重影响压缩机正常运行。旁路阀卡阻的原因有 2 个: 一是执行器气缸内 润滑油变质，导致活塞卡阻; 二是阀杆与阀体动密封 处生锈卡死。将阀体从机组取出拆解阀体，