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        長(zhǎng)輸管道燃驅(qū)壓縮機(jī)啟機(jī)典型故障分析及處理

        2022-02-02 08:33:46郭建良裴志剛
        石油化工建設(shè) 2022年8期
        關(guān)鍵詞:閥門故障

        郭建良 裴志剛

        國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸管道分公司山西輸氣分公司 山西太原 030006

        西氣東輸某站GE LM2500+ 型燃驅(qū)壓縮機(jī)組,其啟機(jī)過程為:初始由液壓?jiǎn)?dòng)器拖動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn),加速到2100r/ min 盤車5min 后,降速預(yù)備點(diǎn)火;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至1470r/ min 時(shí)開始升速,升速過程中系統(tǒng)點(diǎn)火;轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到1700r/ min 時(shí),主燃油噴嘴開始工作,啟動(dòng)火苗點(diǎn)燃,形成穩(wěn)定的燃燒火焰,渦輪開始輸出功率;此后,燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子在液壓?jiǎn)?dòng)器和渦輪的共同帶動(dòng)下開始加速,隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不斷提高,流入燃?xì)廨啓C(jī)空氣流量也不斷加大,壓力逐漸升高,燃?xì)饽芰恳搽S之加大,此時(shí)渦輪輸出更大功率;當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到4400r/ min時(shí),渦輪發(fā)出的扭矩大大超過轉(zhuǎn)子的阻力矩,液壓?jiǎn)?dòng)器脫扣,此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)僅靠渦輪帶動(dòng),在120s 內(nèi)加速到怠速(6800r/ min),啟動(dòng)過程結(jié)束。

        機(jī)組正常啟機(jī)過程中,各階段速度點(diǎn)控制及點(diǎn)火過程是機(jī)組啟機(jī)成功與否的關(guān)鍵。西氣東輸某站GE 機(jī)組自2020 年9 月份至2021 年3 月份期間,曾有3 次啟機(jī)過程中觸發(fā)EC2.GGIDLEFIT(GG 轉(zhuǎn)速未達(dá)到怠速)報(bào)警,導(dǎo)致啟機(jī)失敗。以下針對(duì)E LM2500+ 型燃驅(qū)壓縮機(jī)機(jī)組啟機(jī)過程中無法達(dá)到怠速故障進(jìn)行了分析及處理,對(duì)影響各階段速度點(diǎn)控制及點(diǎn)火過程的重要因素及調(diào)整方法進(jìn)行了詳細(xì)討論,為后續(xù)機(jī)組啟機(jī)同類故障積累了相應(yīng)的處理經(jīng)驗(yàn)。

        1 原因分析及故障處理

        1.1 燃?xì)饨M分含氮?dú)飧?、熱值低、水漏點(diǎn)高、壓力低

        站場(chǎng)燃料氣大多為天然氣或與煤層氣混合的氣體。通過上下游色譜分析和水露點(diǎn)分析儀對(duì)混合氣體進(jìn)行組分分析,天然氣氣質(zhì)不存在問題,且備用機(jī)組使用同樣匯管的燃料氣,啟機(jī)過程未出現(xiàn)過此類情況,從而排除燃?xì)饨M分含氮?dú)飧?、熱值低這個(gè)原因。

        1.2 燃調(diào)閥閥門故障或控制板offset 設(shè)置不正確

        現(xiàn)場(chǎng)檢查偏移量設(shè)置與燃調(diào)閥銘牌,發(fā)現(xiàn)數(shù)值一致,均為20.40。

        1.3 液壓?jiǎn)?dòng)器故障,油壓低,不能快速將GG托轉(zhuǎn)到脫扣轉(zhuǎn)速

        現(xiàn)場(chǎng)嘗試切換液壓?jiǎn)?dòng)器后重新啟動(dòng),同樣報(bào)警導(dǎo)致啟機(jī)失敗。而與之共用一套液壓?jiǎn)?dòng)撬的備用機(jī)組啟機(jī)過程未出現(xiàn)過該情況,所以排除液壓?jiǎn)?dòng)器故障。

        1.4 VSV曲柄存在磨損,無法正常驅(qū)動(dòng)GG葉片

        現(xiàn)場(chǎng)檢查VSV 曲柄,未發(fā)現(xiàn)有磨損情況。

        1.5 GG壓氣機(jī)葉片積垢,降低燃機(jī)的效率

        經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)檢查及分析,初步可以排除燃料氣、液壓?jiǎn)?dòng)器及VSV 磨損等原因?qū)е聶C(jī)組無法達(dá)到怠速。2018 年該站2# GE 機(jī)組曾發(fā)生過2 次無法達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速而引起機(jī)組無法啟機(jī)的情況,分別是通過更換燃調(diào)閥和水洗GG解決問題的。站場(chǎng)技術(shù)人員依據(jù)此經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行解決。

        現(xiàn)場(chǎng)人員依據(jù)此經(jīng)驗(yàn)和報(bào)警信息,推斷可能是2# GE 機(jī)組GG 葉片臟引起的(初步考慮燃調(diào)閥故障理應(yīng)伴隨著燃調(diào)閥相關(guān)報(bào)警信息),隨即進(jìn)行孔探,發(fā)現(xiàn)GG葉片上附著污垢并不嚴(yán)重,達(dá)不到影響啟機(jī)的程度。但根據(jù)報(bào)警與2018 年5 月8 日停機(jī)報(bào)警相似,決定對(duì)GG 進(jìn)行水洗。水洗后故障仍未排除,由此斷定葉片臟并非導(dǎo)致機(jī)組無法達(dá)到怠速的根本原因。

        過去5年里,行業(yè)銷售利潤(rùn)率大約在7.5%。公司管理層準(zhǔn)備實(shí)行新經(jīng)營(yíng)設(shè)施計(jì)劃,包括一套辦公管理方法以及區(qū)別于目前的不同生產(chǎn)方式。新設(shè)施在技術(shù)上將更先進(jìn),而對(duì)勞動(dòng)力的需要將相對(duì)減少,這顯然符合行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。管理層認(rèn)為,公司順應(yīng)管理、技術(shù)和金融發(fā)展的新潮流,增加投資并進(jìn)行融資,新設(shè)施管理實(shí)踐上進(jìn)行改進(jìn)的是公司經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法(以下簡(jiǎn)稱“新模式”)。公司目前在評(píng)估成本、銷售量和利潤(rùn)或虧損之間的關(guān)系時(shí),主要依靠盈虧平衡分析方法(以下簡(jiǎn)稱“舊模式”)。這在將新產(chǎn)品推入到一個(gè)已知規(guī)模的現(xiàn)有市場(chǎng)時(shí)非常有效,趨勢(shì)性把握更為準(zhǔn)確,具體分別見表2、表3。

        1.6 燃調(diào)閥開度過小

        燃調(diào)閥維修后需要重新標(biāo)定offset 值。標(biāo)定方法為:燃調(diào)閥在正常情況下,強(qiáng)制閥門開度1%,觀察閥芯應(yīng)剛好看到閥門開度尖角,閥門強(qiáng)制全關(guān)則看不到閥芯缺口。如1%時(shí)未看到閥芯尖角,說明開度過??;0%時(shí)仍然能看到尖角,說明閥門開度過大。此時(shí)需要調(diào)整閥門偏移量offset。

        現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn),在強(qiáng)制開度為1%時(shí),是無法看到閥芯缺口的,只有強(qiáng)制開度為2%時(shí),方可看到閥門缺口。圖1和圖2 為閥門檢查時(shí)的圖片,由于現(xiàn)場(chǎng)空間狹小,無法拍清閥門缺口。

        圖1 燃調(diào)閥全開時(shí)閥芯

        圖2 燃調(diào)閥開度1%時(shí)

        由于檢查燃調(diào)閥開度較小,用調(diào)試筆記本連接Woodward 控制器修改閥門offset。經(jīng)過調(diào)試,將燃調(diào)閥offset 值從20.4 修改為20.8 正好符合要求(開度為1%時(shí),可以看到閥門缺口)。修改后,啟動(dòng)GE 機(jī)組進(jìn)行熱盤車,GG 順利達(dá)到6800r/ min。

        此方法只適用于經(jīng)過修理的燃調(diào)閥,在不確定offset的情況下,可以依據(jù)這種方法進(jìn)行標(biāo)定得到offset 值,新閥是不需要修改的。而2# GE 機(jī)組的燃調(diào)閥是在2018 年新?lián)Q的,沒有維修過。這種修改offset 值的方法只是強(qiáng)制修改了燃調(diào)閥開度的線性值,雖然啟機(jī)成功,但問題沒有得到根本解決。

        1.7 參與燃料控制的部分儀表測(cè)量值不準(zhǔn)確

        1.7.1 計(jì)量閥輸出命令“GFMVPOSCMD”邏輯

        通過解讀邏輯發(fā)現(xiàn),燃調(diào)閥的開關(guān)面積受PIT228 和PIT229 的壓力值,以及TIT221 的溫度值控制(GP1 和GP2 分別對(duì)應(yīng)PIT228 和PIT229),邏輯關(guān)系見式(1)。

        1.7.2 GE LM25OO+ 機(jī)組燃料控制方式

        表1 參與燃料控制方式表

        燃調(diào)閥根據(jù)當(dāng)前需要的燃燒室燃料供給流量,由閥前、閥后壓力通過三維插值計(jì)算當(dāng)前需要的閥位開度,快速響應(yīng)調(diào)整燃料流量,以使機(jī)組達(dá)到設(shè)定工況。

        從GE LM25OO+ 機(jī)組啟機(jī)控制方式分析,機(jī)組從開始啟機(jī)到怠速,控制方式如表2 所示。2# GE 機(jī)組啟機(jī)過程中,觸發(fā)EC2.GGIDLEFIT(GG 轉(zhuǎn)速未達(dá)到怠速)報(bào)警,導(dǎo)致機(jī)組啟機(jī)失敗是在加速到怠速的過程中,所以機(jī)組處于最大燃料控制WFHPRX。

        表2 機(jī)組從開始啟機(jī)到怠速燃料控制方式切換表

        1.7.3 機(jī)組進(jìn)入最大燃料控制模式計(jì)算過程

        最大允許燃料供應(yīng)值 WFMAX 由計(jì)算表Table T191 _1 和Table T191_2 插值計(jì)算取小值得到,NGGR 為NGG 根據(jù)T2 溫度修正的轉(zhuǎn)速,T2RTE 為GG入口溫度計(jì)算值。

        計(jì)算表Table T191_2 為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下引起燃機(jī)超溫的燃料供給量WFRADTOPMX(磅/ h);Table T191_l查表結(jié)果與當(dāng)前壓氣機(jī)出口壓力計(jì)算值PS3EST 加權(quán)相乘得到P3 燃料保護(hù)值WFPHIMAXC(磅/ h)。最大燃料計(jì)算表Table T191_l 和Table T191_2 分別如表3 和表4 所示。

        綜上所述,可以得出以下結(jié)論:

        (1)影響燃調(diào)閥開度的因素包括燃調(diào)閥上下游壓力GP1 和GP2,以及燃料氣進(jìn)氣溫度TIT221;

        (2)影響機(jī)組進(jìn)入Max Fuel Cntl 限制保護(hù)的因素包括燃機(jī)入口溫度T2 和壓氣機(jī)排氣壓力P3。

        2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際處理過程

        在以上邏輯分析的指導(dǎo)下,現(xiàn)場(chǎng)對(duì)參與燃調(diào)閥開度和Max Fuel Cntl 限制保護(hù)的儀表進(jìn)行參數(shù)校對(duì),發(fā)現(xiàn)燃調(diào)閥上游壓力變送器GP1 和壓氣機(jī)出口壓力變送器PIT455A/ B 測(cè)量值存在異常。參數(shù)分析如表5 所示,PIT228、PIT455A 和PIT455B 都是絕壓表,在停機(jī)狀態(tài)下的測(cè)量值應(yīng)該為當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?,?3.328psi。由表可以看出,3 塊壓力儀表測(cè)量值均存在零點(diǎn)漂移。

        表5 參數(shù)分析校對(duì)表 psi

        現(xiàn)場(chǎng)隨即對(duì)零點(diǎn)漂移的3 塊壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。零點(diǎn)調(diào)整后,在IDLE 模式下啟動(dòng)2# GE 機(jī)組,GG 順利達(dá)到6800r/ min。至此,判定GE 機(jī)組GG 轉(zhuǎn)速未達(dá)到怠速啟機(jī)失敗原因?yàn)镻IT228、PIT455A 和PIT455B 零點(diǎn)漂移導(dǎo)致。

        3 結(jié)論與建議

        近年來,長(zhǎng)輸管道GE/ NP 壓縮機(jī)組發(fā)生多次無法達(dá)到怠速的故障,各場(chǎng)站均積累了一定的處理經(jīng)驗(yàn)。為避免類似故障再次發(fā)生,切實(shí)保障壓縮機(jī)穩(wěn)定,建議如下:

        (1)定期檢查機(jī)組VSV 曲柄磨損情況,一旦發(fā)現(xiàn)磨損,及時(shí)報(bào)備并更換;

        (2)注意檢查進(jìn)氣過濾器濾芯,及時(shí)清除濾芯表面的大塊狀雜物,避免雜物粘結(jié)在濾芯表面,從而引起過濾效果差,導(dǎo)致機(jī)組阻力增大故障;

        (3)液壓?jiǎn)?dòng)器作為機(jī)組的托轉(zhuǎn)設(shè)備,應(yīng)定期進(jìn)行保養(yǎng);

        (4) 在日常保養(yǎng)中將GE/ NP 機(jī)組4 塊絕壓表(PIT228、PIT229、PIT455A/ B)的零點(diǎn)校準(zhǔn)一并進(jìn)行;

        (5)燃調(diào)閥作為GG 的運(yùn)行的核心設(shè)備,在對(duì)燃調(diào)閥進(jìn)行作業(yè)的內(nèi)容一定要有據(jù)可依,不能憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障處理,以免影響機(jī)組的安全運(yùn)行;

        (6)人員技術(shù)能力是機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的“壓艙石”,因此加大對(duì)專業(yè)人員的培訓(xùn),才能從根本上提高現(xiàn)場(chǎng)故障的處理能力。

        天然氣管輸行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要保障支柱,有著不可或缺的作用。對(duì)于管輸行業(yè)來講,保障壓縮機(jī)的可靠性、可用性是其重要工作內(nèi)容。確保壓縮機(jī)穩(wěn)定,從某種意義來講就是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)。以上就壓縮機(jī)怠速典型故障進(jìn)行了深入分析,對(duì)其本質(zhì)原因進(jìn)行了剖析,為今后場(chǎng)站遇到類似問題快速判斷、解決問題提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

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