楊靈飛，馮金強(qiáng)，武 岳，鄭建軍

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

海洋石油平臺(tái)使用天然氣壓縮機(jī)為天然氣增壓，用于外輸或發(fā)電。天然氣壓縮機(jī)安全穩(wěn)定的運(yùn)行關(guān)系到海洋石油平臺(tái)人員的生命安全和經(jīng)濟(jì)效益。天然氣壓縮機(jī)上安裝的儀表探頭在發(fā)生故障或報(bào)警時(shí)，能使壓縮機(jī)轉(zhuǎn)入預(yù)定安全狀態(tài)，但是由于探頭本身的原因經(jīng)常誤報(bào)警會(huì)造成不必要的停機(jī)，給油田帶來(lái)不必要的經(jīng)濟(jì)損失。于是在保證安全性不變的基礎(chǔ)上，對(duì)壓縮機(jī)相應(yīng)軟硬件進(jìn)行改造，使其降低誤報(bào)幾率，提高可用性顯得尤為重要。

1 項(xiàng)目背景

南海某海洋石油平臺(tái)從氣井收集天然氣、處理、加壓、過(guò)濾后，經(jīng)海管輸送到陸地終端并銷售。在平臺(tái)上采用5臺(tái)往復(fù)式天然氣壓縮機(jī)為天然氣加壓，使其滿足外輸?shù)囊?。壓縮機(jī)的安全穩(wěn)定地運(yùn)行，關(guān)乎到平臺(tái)作業(yè)人員的生命安全和整個(gè)作業(yè)公司的經(jīng)濟(jì)效益。在項(xiàng)目投產(chǎn)以后運(yùn)行的一年當(dāng)中，天然氣壓縮機(jī)因?yàn)槿肟谔烊粴鈮毫Φ偷蛨?bào)警，洗滌罐液位變送器信號(hào)跳變、溫度變送器跳變，冷卻海水壓力高高報(bào)警、潤(rùn)滑油壓力低低報(bào)警、無(wú)油流開(kāi)關(guān)報(bào)警等原因多次關(guān)停，造成生產(chǎn)的多次中斷，給天然氣用戶造成影響。通過(guò)統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，液位變送器報(bào)警和無(wú)油流開(kāi)關(guān)報(bào)警發(fā)生的頻次最多，明顯多于其它幾項(xiàng)。后續(xù)運(yùn)行過(guò)程中逐步查找原因，并進(jìn)行了整改，除了無(wú)油流開(kāi)關(guān)報(bào)警其它問(wèn)題都得到了解決。期間潤(rùn)滑油壓力低低報(bào)警引發(fā)的關(guān)停發(fā)生了3 次，最后找到的原因是拖動(dòng)壓縮機(jī)的變頻器內(nèi)部的互感器出現(xiàn)裂紋，推測(cè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)報(bào)警受到了它的影響，更換變頻器互感器之后，潤(rùn)滑油壓力低低的報(bào)警不再發(fā)生，但無(wú)油流開(kāi)關(guān)報(bào)警的情況沒(méi)有得到任何改善。每次因無(wú)油流開(kāi)關(guān)報(bào)警觸發(fā)關(guān)斷后，操作和維護(hù)人員通過(guò)檢查其所在油路的清潔度、油路設(shè)備（柱塞泵、分配器、單向閥、爆破片）、活塞溫度后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何異常，總油路裝有的壓力變送器可以讀出讀數(shù)，觀察歷史趨勢(shì)曲線也沒(méi)有異常，但總油路壓力變送器監(jiān)測(cè)不到柱塞泵之后的油路。從柱塞泵、注油分配器一直到活塞的潤(rùn)滑油管路上，只有無(wú)油流開(kāi)關(guān)檢測(cè)，只能記錄油滴數(shù)，不能看到油壓，沒(méi)有進(jìn)一步的判斷依據(jù)，初步推斷為誤報(bào)警。頻繁的報(bào)警和關(guān)停嚴(yán)重地影響到作業(yè)公司的經(jīng)濟(jì)效益。為了提高天然氣壓縮機(jī)的可用性，挽救經(jīng)濟(jì)損失，另外為后續(xù)的持續(xù)觀察和診斷提供更直接的依據(jù)，決定對(duì)無(wú)油流開(kāi)關(guān)的油路進(jìn)行改造。

2 工作原理分析

往復(fù)式壓縮機(jī)上有一套專門為活塞和填料注入潤(rùn)滑油的柱塞泵[1]，柱塞泵是通過(guò)機(jī)械裝置與壓縮機(jī)主軸相連，在壓縮機(jī)工作時(shí)柱塞泵同步運(yùn)轉(zhuǎn)，為活塞和填料注入潤(rùn)滑油。因需要的油量比較少，而且這些潤(rùn)滑油與曲軸軸承、十字頭使用的潤(rùn)滑油不在同一個(gè)油路，所以它使用的油量需要單獨(dú)檢測(cè)。在柱塞泵出來(lái)的油路分配器上安裝有無(wú)油流開(kāi)關(guān)，用于檢測(cè)為活塞和填料注入的油量。無(wú)油流開(kāi)關(guān)記錄單位時(shí)間流過(guò)的潤(rùn)滑油油滴數(shù)目，如果在單位時(shí)間流過(guò)的油滴數(shù)目小于設(shè)定數(shù)目，為了保護(hù)壓縮機(jī)的活塞安全，則無(wú)油流開(kāi)關(guān)的觸點(diǎn)斷開(kāi)（故障安全設(shè)計(jì)），將信號(hào)送入壓縮機(jī)控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)觸發(fā)壓縮機(jī)關(guān)停，避免活塞在無(wú)潤(rùn)滑情況下運(yùn)行，造成高溫?zé)龎摹?/p>

在本案例中出現(xiàn)了無(wú)油流開(kāi)關(guān)多次報(bào)警造成停機(jī)，操作和維護(hù)人員通過(guò)檢查油路清潔度、柱塞泵、分配器、單向閥、爆破片、活塞溫度后，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何問(wèn)題[3]，總油路的壓力變送器讀數(shù)不能反映柱塞泵之后的潤(rùn)滑油管路信息，沒(méi)有進(jìn)一步的判斷依據(jù)。對(duì)產(chǎn)生的現(xiàn)有狀況分析如下：

1）無(wú)油流開(kāi)關(guān)采用ARIEL 配置的DNFT（Digital No-Flow Timer），它通過(guò)螺紋與注油分配器連接。在無(wú)油流開(kāi)關(guān)和注油分配器之間有磁性導(dǎo)桿通過(guò)運(yùn)動(dòng)來(lái)記錄油滴數(shù)，如果無(wú)油流開(kāi)關(guān)與注油分配器連接處因防爆線纜的拉扯而受到應(yīng)力，會(huì)導(dǎo)致磁性導(dǎo)桿運(yùn)動(dòng)不暢，或者是內(nèi)部彈簧損壞、磨損，造成誤報(bào)。

2）無(wú)油流開(kāi)關(guān)內(nèi)部有專用電池，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用，電池的電量不足，也會(huì)造成誤報(bào)。因此，需要定期更換電池。

3） 分配器上的爆破片通過(guò)目測(cè)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。注油泵、分配器內(nèi)部、單向閥通過(guò)手動(dòng)泵油檢查未發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。一些細(xì)微的故障，如柱塞磨損、分配器堵塞、單向閥密封不嚴(yán)等的分析，需要有壓力數(shù)據(jù)的進(jìn)一步支持。在運(yùn)行過(guò)程中，注入油壓持續(xù)升高一段時(shí)間還沒(méi)有降低為注入困難，且持續(xù)降低一段時(shí)間還沒(méi)有升高為泄漏。注入困難與泄漏都是注油管路內(nèi)部或器件不正常引起的，如果零件磨損就可能導(dǎo)致零件之間的間隙增大[4]，當(dāng)間隙超過(guò)一個(gè)可接受的程度，就會(huì)造成潤(rùn)滑油通過(guò)零件之間的間隙泄漏；分配器內(nèi)部堵塞會(huì)造成潤(rùn)滑油在分配器內(nèi)部本應(yīng)該注入管路時(shí)沒(méi)有順利注入，導(dǎo)致潤(rùn)滑油憋在一個(gè)不應(yīng)該處在的位置，阻礙了下一滴潤(rùn)滑油的注入，形成了潤(rùn)滑油注入困難；單向閥密封不嚴(yán)會(huì)造成潤(rùn)滑油受背壓導(dǎo)致的逆向流動(dòng)，導(dǎo)致本應(yīng)該注入潤(rùn)滑油的數(shù)量減少，形成泄漏。

根據(jù)以上分析，無(wú)油流開(kāi)關(guān)在安裝或是更換電池時(shí)，需要人為地減小連接的防爆線纜的彎曲程度，盡最大可能地減輕連接處所受的應(yīng)力。但這種方式因人而異，不能從根本上有效地解決潤(rùn)滑油泄漏，也不能為進(jìn)一步的分析和診斷提供有力的數(shù)據(jù)支撐。

為了提高柱塞泵以及注油管線整體的可用性，需要在硬件上增加探頭數(shù)量，以便在軟件上采取表決機(jī)制，降低由于誤報(bào)警導(dǎo)致的停機(jī)。反過(guò)來(lái)，為了避免由于錯(cuò)誤的分析和判斷造成問(wèn)題的進(jìn)一步擴(kuò)大，需要增加壓力變送器，檢測(cè)詳細(xì)的壓力數(shù)據(jù)，記錄并形成歷史趨勢(shì)曲線，為柱塞泵、分配器、單向閥的更精細(xì)分析提供數(shù)據(jù)支持。

3 系統(tǒng)改造

在注油分配器之后的油路管路再增加一個(gè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)和一個(gè)壓力變送器，與原來(lái)的無(wú)油流開(kāi)關(guān)一起做成三選二表決邏輯機(jī)制（沒(méi)有信號(hào)旁通時(shí)）。這樣既可以保證原來(lái)系統(tǒng)的安全性，又提高了系統(tǒng)的可用性[5]，同時(shí)變送器可以采集壓力數(shù)據(jù)并儲(chǔ)存起來(lái)，形成歷史趨勢(shì)曲線，為后續(xù)診斷提供了依據(jù)。

壓縮機(jī)運(yùn)行后，進(jìn)行觀察和錄取壓力變送器的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)變送器顯示的壓力是周期性的脈動(dòng)跳變的。柱塞泵注入一個(gè)油滴就出現(xiàn)一次波峰，油滴每次進(jìn)入活塞和填料就出現(xiàn)一次波谷，如此反復(fù)，在觸摸屏的歷史趨勢(shì)曲線上看到一個(gè)整齊的波形。

邏輯關(guān)系描述如下：

圖1 無(wú)油流開(kāi)關(guān)邏輯Fig.1 Logic of digital no-flow timer

1）兩個(gè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)FS-2741，F(xiàn)S-2741_3 和注油檢測(cè)壓力變送器FS-2741_2，這3 個(gè)探頭均沒(méi)有處于旁通時(shí)，使用三選二表決邏輯。壓縮機(jī)完成啟動(dòng)后，只要有其中兩個(gè)報(bào)警就產(chǎn)生關(guān)停。

2）兩個(gè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)FS-2741，F(xiàn)S-2741_3 和注油檢測(cè)壓力變送器FS-2741_2，這3 個(gè)探頭有一個(gè)處于旁通時(shí)，使用二選二表決邏輯。壓縮機(jī)完成啟動(dòng)后，處于旁通的探頭是否報(bào)警均不參與表決邏輯，另外兩個(gè)探頭都報(bào)警就產(chǎn)生關(guān)停。

3）兩個(gè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)FS-2741，F(xiàn)S-2741_3 和注油檢測(cè)壓力變送器FS-2741_2，這3 個(gè)探頭有兩個(gè)處于旁通時(shí)，使用一選一邏輯。壓縮機(jī)完成啟動(dòng)后，處于旁通的探頭是否報(bào)警均不參與表決邏輯，未旁通的探頭只要報(bào)警就產(chǎn)生關(guān)停。

4）注油檢測(cè)壓力變送器FS-2741_2，設(shè)定壓力的高高報(bào)警值、高報(bào)警值、低報(bào)警值，在油壓小于低報(bào)警值或大于高高報(bào)警值的持續(xù)時(shí)間超過(guò)8 s 就報(bào)警，在120 s 的時(shí)間間隔內(nèi)高報(bào)警和低報(bào)警出現(xiàn)次數(shù)小于2 就報(bào)警，如果大于等于2 就對(duì)油滴數(shù)清零，重新進(jìn)入下一個(gè)計(jì)數(shù)周期，避免誤差的積累。

4 邏輯關(guān)系組態(tài)

1）單個(gè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)的邏輯組態(tài)。T_B2 是壓縮機(jī)完成啟動(dòng)后的標(biāo)志位，輸入的無(wú)油流開(kāi)關(guān)信號(hào)需要在壓縮機(jī)啟動(dòng)完成后有效，一但觸發(fā)報(bào)警，報(bào)警信號(hào)FS_2741_ALM 需要用SR 觸發(fā)器將報(bào)警鎖存[2]，可以通過(guò)復(fù)位PBRST_2701M 復(fù)位，F(xiàn)S_2741_B 可以旁通報(bào)警。當(dāng)不旁通時(shí)，F(xiàn)S_2741_SHOUDOWN 參與表決，旁通則表決功能塊對(duì)它的值不作為參考。新增的無(wú)油流開(kāi)關(guān)邏輯相同，不再列出。

圖2 表決功能塊Fig.2 FDB of voting

2）變送器的邏輯。T_B2 是壓縮機(jī)完成啟動(dòng)后，壓力低或壓力高高持續(xù)時(shí)間超過(guò)8 s 設(shè)定時(shí)間報(bào)警，以及在120 s 內(nèi)記錄壓力出現(xiàn)低值和高值的次數(shù)，確定油滴的數(shù)目，小于則報(bào)警，大于則清零。變送器的報(bào)警和無(wú)油流開(kāi)關(guān)的報(bào)警匯總到表決邏輯。

5 改造后的使用效果

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)柱塞泵之后的注油管路改造完成后，對(duì)控制回路通電，并調(diào)試邏輯表決關(guān)系。如果3 個(gè)探頭都沒(méi)有旁通時(shí)，有任何兩個(gè)探頭觸發(fā)報(bào)警就引起緊急關(guān)停；如果旁通掉其中一個(gè)探頭，未旁通的兩個(gè)探頭都觸發(fā)報(bào)警才引起緊急關(guān)停；如果旁通掉其中兩個(gè)探頭，未旁通的探頭只要觸發(fā)報(bào)警就引起緊急關(guān)停，任何一個(gè)探頭的報(bào)警信息都能記錄到報(bào)警列表，并帶時(shí)間戳。

將壓縮機(jī)啟動(dòng)后，兩個(gè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)開(kāi)始工作，指示燈在計(jì)數(shù)增加時(shí)閃爍。注油管路上的壓力變送器顯示油壓變動(dòng)的數(shù)值，并以120 s 為一個(gè)周期記錄油滴數(shù)目并與目標(biāo)值比較，大于目標(biāo)值就將計(jì)數(shù)清零進(jìn)入下一個(gè)計(jì)數(shù)周期；人為關(guān)閉變送器的儀表閥，在一個(gè)計(jì)數(shù)周期記錄的油滴數(shù)小于目標(biāo)值就產(chǎn)生報(bào)警。在觸摸屏上可以看到壓力變送器的壓力歷史趨勢(shì)曲線，注油管路的壓力在周期性地脈動(dòng)跳變，其中有4 臺(tái)波形排列整齊，有一臺(tái)波形有些畸變，這一臺(tái)需要機(jī)械工程師進(jìn)一步檢查。在后續(xù)一年多的使用過(guò)程中，工作日志記錄的因無(wú)油流開(kāi)關(guān)誤報(bào)警引起的關(guān)停次數(shù)大大減少。

6 結(jié)論

通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)柱塞泵油路改造后，增加無(wú)油流開(kāi)關(guān)和壓力變送器能夠?qū)崿F(xiàn)邏輯表決機(jī)制，在不降低原來(lái)的安全性的基礎(chǔ)上，提高系統(tǒng)的可用性，減少由于無(wú)油流開(kāi)關(guān)誤報(bào)警帶來(lái)的停機(jī)和經(jīng)濟(jì)損失。增加壓力變送器，可以從觸摸屏上更直觀地看到注油管路的脈動(dòng)壓力的歷史趨勢(shì)曲線。這些存盤(pán)的歷史數(shù)據(jù)，為后期注油管路的故障診斷和維護(hù)提供了更直接的依據(jù)。