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(jī)組改造與應(yīng)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(chǎn)初期，因?yàn)樘烊粴鈿赓|(zhì)較富，造成CNG壓縮機(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后，因?yàn)闈?rùn)滑效果差造成活塞環(huán)磨損斷裂，機(jī)組排氣量大幅度降低的問(wèn)題。針對(duì)這些問(wèn)題，制定了黑沿子加氣母站壓縮機(jī)組活塞環(huán)和缸套的改造方案，通過(guò)實(shí)際應(yīng)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(jī)組達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。

加氣站；壓縮機(jī)；活塞環(huán)；缸套；改造；應(yīng)用

1 黑沿子加氣站簡(jiǎn)介

黑沿子加氣站主要是針對(duì)CNG拉運(yùn)拖車充裝的加氣母站，于2008年1月29日建成投產(chǎn)，設(shè)計(jì)加氣能力24×104m3／d。加氣站原料氣來(lái)自冀東油田開(kāi)發(fā)試驗(yàn)井組，站內(nèi)主要生產(chǎn)裝置包括進(jìn)站調(diào)壓、計(jì)量及分離裝置，原料氣干燥裝置，CNG壓縮機(jī)組等；輔助工藝裝置包括發(fā)電機(jī)、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(shè)施。工藝流程見(jiàn)圖1，原料氣組成見(jiàn)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(shè)備CNG壓縮機(jī)組選用10臺(tái)中石化江漢石油管理局第三機(jī)械廠生產(chǎn)的2D8-3.6／6-250型全風(fēng)冷自動(dòng)化橇裝天然氣壓縮機(jī)組，機(jī)組為4級(jí)壓縮，采用對(duì)稱平衡型布局，機(jī)組設(shè)計(jì)點(diǎn)進(jìn)氣壓力0.5MPa，排氣量1100Nm3／h，電機(jī)功率191kW，最大活塞桿負(fù)荷6.1t。

進(jìn)站的原料氣首先調(diào)壓到0.6MPa，經(jīng)過(guò)計(jì)量裝置計(jì)量后進(jìn)入到原料氣緩沖分離罐，再經(jīng)撬裝脫水裝置深度脫水處理，水露點(diǎn)達(dá)到－80℃后進(jìn)到壓縮機(jī)增壓。CNG拉運(yùn)拖車充裝壓力20MPa，壓縮機(jī)4級(jí)出口壓力23MPa。

撬裝脫水裝置進(jìn)口和出口設(shè)置10μm精密過(guò)濾器。壓縮機(jī)進(jìn)氣口設(shè)置大容積前置分離器，二、三、四級(jí)進(jìn)氣口設(shè)置級(jí)間分離器，均采用過(guò)濾分離結(jié)構(gòu)，分離精度≤7μm，分離效率99%。四級(jí)排氣設(shè)置兩級(jí)分離，平均分擔(dān)分離負(fù)荷，發(fā)揮過(guò)濾器的最大分離效率。末級(jí)過(guò)濾器分離精度≤0.3μm，進(jìn)口側(cè)含油量5mg／m3左右，出口側(cè)含油量可達(dá)到1mg／m3（小于所要求的2.5mg／m3左右）。末級(jí)過(guò)濾器濾材采用細(xì)級(jí)纖維，其余采用不銹鋼編織絲網(wǎng)，濾芯用不銹鋼網(wǎng)架作支撐。

2 投產(chǎn)初期壓縮機(jī)組故障現(xiàn)象及分析

2.1 投產(chǎn)初期壓縮機(jī)組故障現(xiàn)象

圖2 改造前壓縮機(jī)單機(jī)排氣量和運(yùn)行時(shí)間關(guān)系圖

黑沿子加氣站投入運(yùn)行初期設(shè)備運(yùn)行一切正常，壓縮機(jī)組排氣量能夠達(dá)到設(shè)計(jì)要求。但在加氣站運(yùn)行大約1個(gè)月后，數(shù)臺(tái)壓縮機(jī)組出現(xiàn)排氣量降低的現(xiàn)象，經(jīng)過(guò)停機(jī)檢查，發(fā)現(xiàn)機(jī)組三、四級(jí)氣缸出現(xiàn)異常磨損，四級(jí)氣缸尤其嚴(yán)重，磨損最嚴(yán)重的氣缸比原設(shè)計(jì)值大了3mm，四級(jí)金屬活塞環(huán)大多斷裂。更換新的氣缸和相應(yīng)的活塞環(huán)后，初期壓縮機(jī)組恢復(fù)正常，但是又在大約運(yùn)行1個(gè)月后，同樣的故障再次出現(xiàn)。改造前單機(jī)排氣量和運(yùn)行時(shí)間關(guān)系見(jiàn)圖2。

2.2 故障現(xiàn)象分析

機(jī)組出現(xiàn)排氣量降低的原因是高壓級(jí)氣缸的異常磨損［1］，導(dǎo)致四級(jí)高壓氣體泄漏至平衡腔，而后進(jìn)入一級(jí)氣缸進(jìn)氣口，造成一級(jí)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(jī)組出現(xiàn)故障的原因有：①原料氣中含有較多的重?zé)N組分，C3及以上組分含量達(dá)到了7.2mol%，重?zé)N成分隨著壓縮過(guò)程中壓力、溫度的變化，析出凝析油，凝析油稀釋了氣缸潤(rùn)滑油，造成氣缸潤(rùn)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(rùn)滑條件惡化，而金屬活塞環(huán)又無(wú)自潤(rùn)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(jí)金屬活塞環(huán)的軸向尺寸很小，活塞環(huán)對(duì)氣缸壁的比壓過(guò)大，引起氣缸磨損。

4 解決方案

通過(guò)對(duì)故障現(xiàn)象的認(rèn)真分析，查找出了產(chǎn)生故障的原因，制定了可行的有針對(duì)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(rùn)滑性，解決因潤(rùn)滑不理想造成的氣缸過(guò)度磨損問(wèn)題。②考慮到非金屬材料的強(qiáng)度極限，加大非金屬活塞環(huán)的軸向尺寸，這樣一來(lái)活塞環(huán)對(duì)氣缸壁的比壓降低低，氣缸的磨損會(huì)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(dá)950～1100HV，防止氣缸套的異常磨損。④縮小各級(jí)間的排液間隔，加密排液次數(shù)。⑤加強(qiáng)脫水裝置和過(guò)濾器的運(yùn)行管理，確保脫水和過(guò)濾環(huán)節(jié)符合要求。

5 實(shí)際效果

首先按照以上方案改造了1臺(tái)壓縮機(jī)組，在同樣的生產(chǎn)條件下運(yùn)行了600h，改造機(jī)組沒(méi)有出現(xiàn)排氣量明顯下降的情況 （圖3）。經(jīng)解體檢查，各級(jí)活塞環(huán)和氣缸沒(méi)有出現(xiàn)異常磨損，而在同樣條件下運(yùn)行的沒(méi)有改造的機(jī)組依然存在前述問(wèn)題。由此可以確定，對(duì)機(jī)組的改造方案抓住了產(chǎn)生問(wèn)題的真正原因，改造方案是成功的。

此后對(duì)其余機(jī)組陸續(xù)進(jìn)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?zé)N組分大大降低，改造后的壓縮機(jī)組在新的氣質(zhì)條件下依然運(yùn)行正常。

圖3 改造后壓縮機(jī)單機(jī)排氣量和運(yùn)行時(shí)間關(guān)系圖

6 結(jié) 論

1）通過(guò)選用具有自潤(rùn)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(rùn)滑效果下降，使活塞環(huán)和氣缸套磨損，機(jī)組排氣量降低的故障。

2）機(jī)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(shè)備故障診斷 ［M］.北京：化學(xué)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(xué)院畢業(yè)，高級(jí)工程師，現(xiàn)主要從事油田開(kāi)發(fā)和集輸專業(yè)的管理工作。

［編輯］ 蘇開(kāi)科