劉銳 王剛 梁策 李先兵 戴瑋

中國(guó)石油天然氣股份有限公司長(zhǎng)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(kāi)采技術(shù)。因此將來(lái)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(jī)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(jī)組，由于其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行平穩(wěn)，從建廠之初已成為我廠主要應(yīng)用機(jī)型。截止2014年初，我廠多臺(tái)壓縮機(jī)組由于運(yùn)轉(zhuǎn)負(fù)荷大、累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間長(zhǎng)等客觀原因，機(jī)組運(yùn)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(lèi)型增多，保養(yǎng)級(jí)別逐年升高的整體趨勢(shì)，因此增強(qiáng)設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)質(zhì)量，持續(xù)增強(qiáng)關(guān)鍵設(shè)備管理水平是應(yīng)對(duì)以上問(wèn)題，增強(qiáng)壓縮機(jī)組穩(wěn)定性和可靠性的有效手段。

2013年作業(yè)*區(qū)開(kāi)展DPC-2803壓縮機(jī)組4000h+8000h保養(yǎng)11臺(tái)，24000h中修保養(yǎng)6臺(tái)，保養(yǎng)工作量和保養(yǎng)級(jí)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(duì)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(zhǎng)歷程，沉淀出大量寶貴經(jīng)驗(yàn)，對(duì)以后壓縮機(jī)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(jī)組基本構(gòu)成和保養(yǎng)內(nèi)容介紹

1.天然氣壓縮機(jī)組基本構(gòu)成

DPC-2803天然氣壓縮機(jī)組由動(dòng)力部分和壓縮部分兩大部分組成。

其中動(dòng)力部分由曲柄連桿機(jī)構(gòu)，配氣機(jī)構(gòu)兩大機(jī)構(gòu)、以及潤(rùn)滑系統(tǒng)，冷卻系統(tǒng)，啟動(dòng)系統(tǒng)，進(jìn)排氣系統(tǒng)，點(diǎn)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(jìn)/排氣閥、壓縮缸活塞、活塞桿盤(pán)根、刮油盤(pán)根等配件組成。

2.天然氣壓縮機(jī)組保養(yǎng)內(nèi)容介紹

目前作業(yè)*區(qū)已開(kāi)展的壓縮機(jī)保養(yǎng)有4000h保養(yǎng)、8000h保養(yǎng)、24000h中修保養(yǎng)三個(gè)保養(yǎng)級(jí)別，三個(gè)級(jí)別都會(huì)對(duì)壓縮部分、發(fā)動(dòng)機(jī)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(gè)重點(diǎn)部位進(jìn)行檢查檢修，但會(huì)因?yàn)楸ｐB(yǎng)級(jí)別不同具體工作量不同?，F(xiàn)主要針對(duì)壓縮部分、發(fā)動(dòng)機(jī)部分，根據(jù)其主要配件理論磨損周期，描述下各級(jí)保養(yǎng)主要工作量。

壓縮部分：①氣閥組件。壓縮缸進(jìn)、排氣閥為鋼制閥體，12個(gè)塑料蘑菇頭，壓差開(kāi)啟，彈簧關(guān)閉。理論氣閥磨損周期是，每半年（每4000h）對(duì)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(jìn)行檢查和更換，清理氣閥附著雜物，對(duì)于氣閥總成、壓閥罩以及閥蓋，各級(jí)檢查中均需對(duì)其完好性進(jìn)行檢查，如有損壞則需進(jìn)行更換；

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

二、壓縮機(jī)組保養(yǎng)期間問(wèn)題統(tǒng)計(jì)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(duì)各集氣站壓縮機(jī)保養(yǎng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，各機(jī)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(jì)見(jiàn)下表：

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

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，損壞氣閥89.5%為進(jìn)氣閥（故障部分為進(jìn)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(dòng)，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(yán)重。損耗較高的集氣站都是機(jī)組負(fù)荷較低的集氣站（蘇*7站負(fù)荷率69%，蘇*12站負(fù)荷率74%，蘇*14站負(fù)荷率77%）。

作業(yè)*區(qū)各站負(fù)荷率與氣閥故障率統(tǒng)計(jì)

如圖1，通過(guò)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(shí)現(xiàn)開(kāi)啟關(guān)閉的部件，當(dāng)氣缸內(nèi)形成負(fù)壓時(shí)進(jìn)氣閥開(kāi)啟，當(dāng)氣缸內(nèi)形成高壓時(shí)排氣閥打開(kāi)。

通過(guò)以上統(tǒng)計(jì)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(diǎn)：

（1）蘇*7站、12站、14站由于機(jī)組負(fù)載較輕，氣閥排氣溫度較高，因此氣閥螺釘強(qiáng)度降低，當(dāng)產(chǎn)生較大震動(dòng)時(shí)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(jìn)氣壓力可以抽至1.0Mpa以下，當(dāng)外輸壓力較高時(shí)，機(jī)組壓縮比變大，氣閥開(kāi)啟、關(guān)閉的強(qiáng)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(dá)到排氣閥開(kāi)啟壓力時(shí)可及時(shí)泄出，但進(jìn)氣閥卻需直接承受高排氣壓力沖擊，這也是進(jìn)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(jī)進(jìn)氣無(wú)相應(yīng)消泡措施，機(jī)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(kāi)啟難度。當(dāng)不同氣閥彈簧和蘑菇開(kāi)啟幅度不一致時(shí)，容易造成氣閥面受力不均，產(chǎn)生氣閥震動(dòng)，破壞氣閥連接螺釘。

2.使用過(guò)沖中動(dòng)力缸缸溫調(diào)校難度大

2013年，作業(yè)*區(qū)壓縮機(jī)保養(yǎng)工作開(kāi)展前，蘇*8站1#機(jī)組、2#機(jī)組、3#機(jī)組，蘇*11站1#機(jī)組，以及蘇*10站1#機(jī)組在使用過(guò)程中均出現(xiàn)動(dòng)力缸單缸溫差大，且不易調(diào)校的情況，長(zhǎng)期運(yùn)行會(huì)造成機(jī)組受力不均衡，負(fù)荷分布不均勻，影響使用壽命。

2013年在壓縮機(jī)保養(yǎng)期間，作業(yè)區(qū)針對(duì)此項(xiàng)問(wèn)題開(kāi)展專(zhuān)項(xiàng)檢查，通過(guò)對(duì)動(dòng)力缸、點(diǎn)火系統(tǒng)、配氣機(jī)構(gòu)等進(jìn)行細(xì)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(chǔ)罐而設(shè)置的單流閥。

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

（2）動(dòng)力缸噴射閥由于長(zhǎng)時(shí)間使用，其氣門(mén)密封面磨損，密封不嚴(yán)，當(dāng)有天然氣提前泄漏進(jìn)動(dòng)力缸時(shí)造成，動(dòng)力缸早燃，進(jìn)而缸溫相差較大。蘇*8站1#機(jī)、2#機(jī)、3機(jī)、4#機(jī)，以及蘇*11站1#機(jī)均存在該問(wèn)題。

（3）動(dòng)力缸活塞積碳較多。當(dāng)動(dòng)力缸刮油環(huán)泄漏、或者動(dòng)力缸出現(xiàn)過(guò)度潤(rùn)滑時(shí)，動(dòng)力缸活塞內(nèi)會(huì)產(chǎn)生一定積碳，當(dāng)這些部位由于異常高溫，在動(dòng)力缸作用過(guò)程中引起燃料氣發(fā)生早燃現(xiàn)象，因此與其他動(dòng)力缸出現(xiàn)較大溫差。蘇*10站1#機(jī)出現(xiàn)此問(wèn)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(jī)2013年4月-5月運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中當(dāng)進(jìn)氣壓力超出1.2MPa后，壓縮機(jī)動(dòng)力缸密封墊處漏防凍液，更換動(dòng)力缸缸頭墊子仍無(wú)法解決此類(lèi)問(wèn)題。

2013年5月9日，蘇*13站無(wú)節(jié)流器井蘇*12-44、蘇*12-45兩井叢在開(kāi)井過(guò)程中，天然氣壓縮機(jī)機(jī)組進(jìn)氣壓力突增，動(dòng)力缸缸蓋處防凍液刺漏，動(dòng)力缸缸溫高報(bào)警停機(jī)，在停機(jī)檢查過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)1#動(dòng)力缸缸蓋火花塞絲扣位置出現(xiàn)裂紋。需對(duì)對(duì)1#動(dòng)力缸缸蓋進(jìn)行更換，造成損失約6.2萬(wàn)元。

針對(duì)該問(wèn)題，2013年7月蘇*13站2#機(jī)組保養(yǎng)級(jí)別由原定4000h保養(yǎng)升級(jí)為8000h保養(yǎng)。保養(yǎng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)：

動(dòng)力缸活塞內(nèi)（加強(qiáng)筋周?chē)┐嬖谳^多積碳；

動(dòng)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(guò)程中發(fā)現(xiàn)，活塞桿與十字頭連接螺紋有損傷。

通過(guò)保養(yǎng)前運(yùn)轉(zhuǎn)故障和保養(yǎng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，我們可以推測(cè)造成該問(wèn)題的原因有如下幾點(diǎn)：

（1）蘇*13站日常生產(chǎn)過(guò)程中一臺(tái)機(jī)組生產(chǎn)，一臺(tái)機(jī)組備用。由于備用機(jī)組長(zhǎng)時(shí)間空載導(dǎo)致活塞內(nèi)積碳較為嚴(yán)重，積碳在動(dòng)力缸活塞往復(fù)作用過(guò)程中，出現(xiàn)局部高溫，可能出現(xiàn)早燃現(xiàn)象；

（2）動(dòng)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(dòng)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(jī)組可能先前安裝過(guò)程中壓縮缸活塞與十字頭連接不緊固，從而機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，壓縮缸活塞與十字頭有輕微相對(duì)晃動(dòng)，從而造成連接絲扣損傷，1#壓縮缸與2#壓縮缸運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)動(dòng)平衡不一致，因此機(jī)組容易出現(xiàn)超載現(xiàn)象。（通過(guò)軟件進(jìn)行模擬，事發(fā)時(shí)機(jī)組負(fù)荷由79%突增至85%，但仍處于可接受范圍）。以上三個(gè)原因，判斷③原因?yàn)橹饕颉?/p>

三、壓縮機(jī)組下一步技術(shù)改造方向和管理措施優(yōu)化

針對(duì)保養(yǎng)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的以上問(wèn)題，為減免同樣問(wèn)題對(duì)設(shè)備運(yùn)行帶來(lái)不好影響，我們應(yīng)當(dāng)在日后壓縮機(jī)管理和技術(shù)改造工作中，注意以下幾個(gè)方面：

1.針對(duì)集氣站氣量不高，壓縮機(jī)機(jī)組過(guò)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(shí)際情況實(shí)時(shí)調(diào)整機(jī)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(shí)開(kāi)展壓縮機(jī)停機(jī)檢查，拆卸壓縮缸氣閥，發(fā)現(xiàn)氣閥螺釘斷裂的，及時(shí)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(guò)程中加強(qiáng)對(duì)噴射閥和注油管路止回閥的檢查，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題提前整改，避免動(dòng)力缸負(fù)載不均對(duì)設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)造成不良影響；

4.壓縮機(jī)保養(yǎng)作業(yè)后，需嚴(yán)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(jī)運(yùn)行應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)合理的運(yùn)作制度，一方面避免動(dòng)設(shè)備長(zhǎng)期閑置，造成設(shè)備老化、腐化，另一方面，避免長(zhǎng)時(shí)間空載運(yùn)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(jī)燃料氣來(lái)氣均改到外輸來(lái)氣，壓縮機(jī)加載后燃料氣干燥，但壓縮機(jī)長(zhǎng)時(shí)間停機(jī)剛加載時(shí)，由于外輸管線可能存在一定積液，一定要加強(qiáng)調(diào)壓撬排液工作，避免動(dòng)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(jī)來(lái)氣的天然氣凈化處理，增加消泡裝置，避免不純凈天然氣對(duì)氣閥產(chǎn)生不良影響。

結(jié)論

壓縮機(jī)計(jì)劃性保養(yǎng)工作是深層了解設(shè)備故障、分析改進(jìn)設(shè)備管理模式的有效途徑，應(yīng)當(dāng)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(jī)管理的經(jīng)驗(yàn)，提高壓縮機(jī)操作維護(hù)的技術(shù)水平。