陳 鵬，趙曉民

（咸陽市天然氣有限公司，陜西咸陽 712000）

0 引言

在CNG 加氣站的日常運行過程中，壓縮機(jī)設(shè)備是其不可或缺的一項核心設(shè)備，在保證能源利用和供給方面的重要性較為突出。但由于壓縮機(jī)設(shè)備需要長期在高負(fù)荷條件下不間斷地連續(xù)運行，加之壓縮機(jī)設(shè)備自身結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，因此在實際運行過程中，壓縮機(jī)的故障問題也難以避免。對此，需要對CNG 加氣站壓縮機(jī)的故障問題進(jìn)行針對性的分析和診斷，以盡快解決問題，保障CNG 加氣站的正常運轉(zhuǎn)。

1 壓縮機(jī)氣閥故障分析診斷

某CNG 加氣站壓縮機(jī)在運行過程中，現(xiàn)場工作人員發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)產(chǎn)氣量突然降低，同時觀測到壓縮機(jī)缸頭端出現(xiàn)排氣閥溫度異常升高的現(xiàn)象，與曲軸附近的排氣閥溫度之間的差距突然上升至15 ℃左右，而4 個吸氣閥的溫度差正常情況下應(yīng)在2 ℃左右（表1）。

表1 當(dāng)前壓縮機(jī)氣閥溫度

根據(jù)表1 中數(shù)據(jù)初步判斷，該壓縮機(jī)缸頭端的排氣閥漏氣，吸氣閥正常。但由于上述各個氣閥工作時間已經(jīng)較長，因此尚無法排除外界環(huán)境對氣閥的影響，針對這一問題，研究人員決定對上述4 個吸氣閥的進(jìn)行超聲波探測，并結(jié)合正常波形進(jìn)行對比，超聲波探測結(jié)果如圖1 所示。

圖1 超聲波探測結(jié)果

根據(jù)圖1 中的波形分析可知，氣閥正常時探測波形整體具有較高的周期性與規(guī)律性，僅在吸氣與排氣時間出現(xiàn)明顯的波信號，而其他時間的波形則基本處于平穩(wěn)狀態(tài)；而在當(dāng)前的狀態(tài)下，出現(xiàn)溫度偏高現(xiàn)象的排氣閥則出現(xiàn)異常波形，主要表現(xiàn)在整個膨脹、吸氣、壓縮、排氣過程中，基線變寬，且噪聲信號較為突出，證明氣閥因氣密性轉(zhuǎn)差而漏氣。在氣閥發(fā)生漏氣的同一時刻，漏出的氣體也對其他排氣閥造成沖擊，導(dǎo)致其他氣閥的波形同樣發(fā)生變動[1-2]。

根據(jù)上述超聲波型圖分析后，確定本次故障為氣閥故障，由該壓縮機(jī)缸頭端的排氣閥漏氣所引起。就此，操作人員對壓縮機(jī)進(jìn)行停機(jī)檢修，現(xiàn)場檢查結(jié)果發(fā)現(xiàn)，壓縮機(jī)曲軸端第一排氣閥內(nèi)圈閥片出現(xiàn)缺損，初步推斷是由于該閥片運行時間過長，使材料到達(dá)疲勞壽命而發(fā)生缺損。操作人員更換新的氣閥內(nèi)圈閥片后，問題得到解決。

2 壓縮機(jī)氣缸過熱故障分析診斷

某CNG 壓縮機(jī)在完成空負(fù)荷磨合試驗后，操作人員參考該CNG 壓縮機(jī)的正常運行參數(shù)組合，啟動壓縮機(jī)設(shè)備使之執(zhí)行壓縮氣體操作。在運行5 min 后，操作人員發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)溫度異常升高，達(dá)到了143 ℃左右，而正常值通常在80～95 ℃，表明壓縮機(jī)出現(xiàn)氣缸過熱故障。同時壓縮機(jī)排氣溫度也異常偏高，因此操作人員決定對此設(shè)備停機(jī)檢修。

針對該CNG 壓縮機(jī)氣缸溫度較高，且排氣溫度顯著高于正常值的現(xiàn)象，技術(shù)人員應(yīng)用根本原因分析法，逐項對故障進(jìn)行檢查和排除。首先使用測試設(shè)備讀取數(shù)據(jù)流，結(jié)果顯示，進(jìn)氣溫度、進(jìn)氣壓力與排氣壓力比值均未見異常。同時，在打開氣閥和活塞后發(fā)現(xiàn)，其內(nèi)部未出現(xiàn)明顯的雜質(zhì)成分，且活塞環(huán)位置準(zhǔn)確無誤，閥片表面也無明顯傷痕和開裂等問題。因此進(jìn)一步對級間冷卻器和管路進(jìn)行檢查，結(jié)果發(fā)現(xiàn)級間冷卻器和管路存在堵塞節(jié)流現(xiàn)象（圖2），同時過濾系統(tǒng)的損壞現(xiàn)象也較為突出。

圖2 級間冷卻器和管路出現(xiàn)堵塞現(xiàn)象

據(jù)此初步推斷，造成這種現(xiàn)象的主要原因是由于該壓縮機(jī)過濾系統(tǒng)長時間高負(fù)荷運行，導(dǎo)致天然氣中含有的少量雜質(zhì)、固體顆粒、液體水分或油分等組分對過濾系統(tǒng)造成一定的影響，使得過濾系統(tǒng)運行性能低于閾值。由此，部分雜質(zhì)未經(jīng)過濾即進(jìn)一步沉積到管道與冷卻器中而發(fā)生堵塞。在堵塞問題發(fā)生后，高溫氣體組分無法通過管路得以釋放，造成熱量的聚集。此即為壓縮機(jī)氣缸溫度過高的主要原因[3]。

處理方法如下：①使用高壓空氣對氣體管路沖洗10 min 左右，直至管路出口位置無明顯固體雜物出現(xiàn)為止；②對過濾系統(tǒng)部件進(jìn)行更換。經(jīng)過上述處理措施后，操作人員在CNG 壓縮機(jī)未施加任何負(fù)荷的情況下進(jìn)行實驗，結(jié)果顯示未出現(xiàn)氣缸過熱故障，由此進(jìn)一步逐級加載負(fù)荷，并同時進(jìn)行溫度監(jiān)測，結(jié)果顯示，此時氣缸溫度保持在90～93 ℃的正常范圍內(nèi)。

3 壓縮機(jī)氣缸異響故障分析診斷

在某壓縮機(jī)設(shè)備的實際運行過程中，現(xiàn)場監(jiān)測人員發(fā)現(xiàn)，其在運行過程中突然出現(xiàn)氣缸異響，主要現(xiàn)象如下：運轉(zhuǎn)時不斷產(chǎn)生嗒嗒嗒的敲擊聲，與正常狀態(tài)下的聲音相比存在顯著差異，表明壓縮機(jī)運行存在異常。

針對此類故障問題，從以下3 個方面著手進(jìn)行故障分析與診斷。①對氣缸的進(jìn)排氣活門進(jìn)行拆卸和解體檢查，其中有一個排氣活門中有一根彈簧斷裂，對其更換新彈簧。而后啟動壓縮機(jī)，在0.5 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa 3種工況下進(jìn)行測試，結(jié)果顯示上述運行工況下的異響問題仍存在；②對氣缸和氣閥進(jìn)行解體檢查。未發(fā)現(xiàn)氣缸和氣閥內(nèi)的各個部件存在任何異常問題。對此，由維修人員按照設(shè)計圖紙對各個零部件重新進(jìn)行回裝操作，再次啟動機(jī)組試車，分別升壓到0.5 MPa、1.0 MPa、1.5 MPa 壓力等級進(jìn)行測試，結(jié)果顯示，異響仍未消除，且聲音的強(qiáng)度值明顯增大；③對具體參數(shù)進(jìn)行檢查。通過分析氣缸與活塞之間的上、下余隙值壓鉛，經(jīng)與上次余隙值比較，沒有發(fā)現(xiàn)異常。而后啟動CNG壓縮機(jī)，用聽棒聽曲軸箱內(nèi)運動機(jī)構(gòu)，結(jié)果顯示，此部分聲響正常，且通過現(xiàn)場溫度測試后發(fā)現(xiàn)，曲軸軸溫同樣處于正常狀態(tài)，由此排除了氣缸內(nèi)和運動機(jī)構(gòu)發(fā)出的異響，可以肯定是進(jìn)排氣活門及所屬零部件產(chǎn)生的異響[4]。

針對上述檢查結(jié)果，對進(jìn)排氣活門的尺寸做進(jìn)一步分析，結(jié)果顯示，在回裝過程中，存在一個進(jìn)排氣活門在更換了新的密封圈后，活門壓蓋與氣缸體間的間隙值出現(xiàn)變化，僅為1.1 mm，明顯低于其他活門間隙的2～3 mm 水平。針對這一問題，取出該活門的紫銅密封圈、活門壓架做進(jìn)一步對比，發(fā)現(xiàn)該活門壓架低于正常高度1 mm。對此，更換新的活門壓架，再啟動壓縮機(jī)設(shè)備，以正常壓力（25 MPa）運行壓縮機(jī)，結(jié)果顯示異響問題得到解決。

4 壓縮機(jī)自控儀表故障分析診斷

在某CNG 壓縮機(jī)設(shè)備的運行過程中，現(xiàn)場監(jiān)測人員發(fā)現(xiàn)其中一個壓縮機(jī)氣閥節(jié)點上的自控儀表顯示溫度出現(xiàn)快速變化的特點，部分時刻的溫度甚至出現(xiàn)負(fù)值。為排除壓縮機(jī)氣閥故障問題，檢測人員首先應(yīng)用測溫裝置，對該壓縮機(jī)氣閥所在節(jié)點溫度進(jìn)行實際測試，并與自控儀表中的數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，結(jié)果如表2 所示。

表2 兩種測試方法下的溫度讀數(shù)對比

根據(jù)表2 中的數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析后發(fā)現(xiàn)，自控儀表的讀數(shù)與現(xiàn)場實測溫度數(shù)據(jù)之間的差異性較為突出，由于現(xiàn)場實測溫度數(shù)據(jù)仍為正常，因此推斷當(dāng)前該自控儀表讀數(shù)損壞。

為排查該自控儀表運行故障問題，工作人員首先從硬件角度進(jìn)行故障分析，主要包括以下4 個方面的內(nèi)容：①對接線端子和線纜進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示，接線端子連接牢固，同時使用多用表測量后，未發(fā)現(xiàn)線纜存在斷路節(jié)點；②使用多用表，對熱電阻阻值進(jìn)行測量，同時對熱電偶電勢進(jìn)行測量，結(jié)果顯示，上述兩項指標(biāo)均處于正常狀態(tài)；③對變送器接線端子進(jìn)行檢查，結(jié)果顯示，變送器接線端子處于正常狀態(tài)，外表不存在積灰現(xiàn)象，且接線端子牢固連接、未出現(xiàn)銹蝕情況；④檢查接線盒和套管，結(jié)果顯示，上述兩個器件均未發(fā)現(xiàn)破碎情況。研究人員對該自控儀表的單片機(jī)進(jìn)行檢測，使用示波器讀取電壓信號，得到電壓信號如圖3所示。

圖3 自控儀表電壓信號現(xiàn)場測試波形

根據(jù)圖3 電壓信號分析，該自控儀表的單片機(jī)電壓信號嚴(yán)重失穩(wěn)，這是造成實際測量信號異常的主要原因，其源自供電芯片輸出異常。研究人員進(jìn)一步檢查電路中的電源VCC 和GND 是否存在短路。結(jié)果顯示，該電路中的VCC 部分線路的絕緣層出現(xiàn)破損，導(dǎo)致該部分時常出現(xiàn)短接現(xiàn)象，一旦發(fā)生短接，則供電芯片的過流保護(hù)效應(yīng)即被觸發(fā)，從而導(dǎo)致供電信號出現(xiàn)嚴(yán)重波動[5]。重新更換VCC 部分的供電線路硬件，而后再對該自控儀表進(jìn)行調(diào)試和運行，結(jié)果顯示該自控儀表恢復(fù)了正常運行。

5 結(jié)束語

當(dāng)前CNG 加氣站壓縮機(jī)設(shè)備在實際運行過程中，仍然存在著可能導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障的諸多客觀因素。考慮到CNG 加氣站壓縮機(jī)設(shè)備的復(fù)雜性，則需要本著具體問題具體分析的原則，根據(jù)設(shè)備故障時的異常信息及表現(xiàn)，借助測量儀器與已有經(jīng)驗，對溫度、壓力、振動等各項特征進(jìn)行較為全面的分析，并根據(jù)分析結(jié)果準(zhǔn)確判斷故障部位、故障原因和故障類型，以此實現(xiàn)對故障問題的精準(zhǔn)解決，確保CNG 加氣站壓縮機(jī)設(shè)備的長期穩(wěn)定運行。