中哈天然气管道压缩机组维护模式与策略浅析_侯世宇.pdf

设备管理与维修2023 2（上）0引言自 20 世纪 50 年代以来，中小型燃气轮机在天然气管道增压站中得到了广泛应用1。中哈天然气管道作为中国中亚进口天然气管道的重要组成部分，采用三线并设设计，单线长度 1304 km，沿线设增压站场 15 座，共配置压缩机组 42台，受管道过境国当地电网情况限制，所有压缩机组均采用燃气轮机驱动。燃气轮机存在体积大、易损件多、做功环境差、维护保养难等特点2，在股权、人员、资源均有限的海外运营环境下，压缩机组的优质、高效维护尤为重要。自 2009 年投产以来，中哈天然气管道对压缩机组维护模式进行了长期的探索与实践，基于此，以该管道 GE 压缩机组为例对中亚地区压缩机组维护模式与策略进行分析总结。1压缩机组维护概述1.1压缩机组配置中哈天然气管道根据管线设计输量和水力分布，对各增压站间机组进行选型配置，其配置特点为机组型号较为统一，功率和排量存在部分差异。其中 GE 压缩机组的配置情况见表 1。1.2机组维护内容考虑到可参照性与对比性，选取压缩机组设备型号相似的CS1、CS4 站和 CCS2、CCS6 站作为主要分析对象。此 4 站压缩机组均采用 PGT25+燃气轮机驱动 PCL 系列离心式压缩机，机组主要单元组件分别为：LM2500+DLE（Dry Low Emission，干式低排放）航改型燃气发生器、HSPT 高速动力透平和 PCL 离心式压缩机。根据主机厂家运维手册规定，机组各单元在日常检查以上级别定期维护见表 2。1.3机组维护必要性首先，压缩机组是天然气管输企业的重要资产，对机组进行定期维护检修是确保机组达到预期寿命并维持机组性能参数指标水平的关键手段3。其次，定期的检查维护能够优化机组运行指标，进而提升管道运行效率，降低企业运营风险。此外，中哈天然气管道选用的 DLE 型机组为达到减排 CO 和 NOx的目的，其装置的多级配气结构燃烧室对大气温度等环境因素比较敏感，需要适时进行标定等维护以维持机组稳定运行。2压缩机组维护模式分析2.1维护模式介绍综合中哈天然气管道所属人员配置、技术储备、运营条件和商务环境等情况，其可能面临的机组维护模式主要有以下 4 种。2.1.1传统长服外委维修传统长服一般将管道沿线若干个配置同类机组的增压站服务量打包到一个合同中，技术服务人员采用长期驻站或流动服务方式，一般定期进行单独招标采办。由于目前天然气管输企业大多不具备机组自主中大修条件和能力，因此主要采用外委方式，其中具备 GE 机组 LM2500 型燃气发生器中大修资质的单位除 GE 外，还有德国 MTU、SIEMENS、加拿大 TCT（TransCanada Turbines）及中国国家管网集团（不具备DLE 机型维修能力）等授权单位，HSPT 动力透平大修被 GE垄断，具备 PCL 压缩机干气密封维修的授权机构则相对较多。一般根据项目进行单独招标采办。表 1中哈天然气管道压缩机组配置情况管段增压站设备型号制造商额定功率/MW机组数量/台AB 线CS1 站PGT25+DLE/PCL802BHGE313CS4 站PGT25+DLE/PCL803BHGE314C 线CCS2 站PGT25+DLE/PCL602BHGE313CCS5 站PGT25 DLE/PCL503BHGE23.23CCS6 站PGT25+DLE/PCL602BHGE313CCS8 站PGT25 DLE/PCL503BHGE23.23中哈天然气管道压缩机组维护模式与策略浅析侯世宇1，宗鹤宏2，高吉发3，杜义朋3（1.中油国际管道有限公司，北京102206；2.国家管网集团北方管道有限公司廊坊输油气分公司，河北廊坊065000；3.中国石油管道局工程有限公司管道投产运行分公司，河北廊坊065000）摘要：中哈天然气管道拥有数量较大、规模可观的压缩机组，在海外管道合资公司运营环境下开展针对机组维护模式和策略的研究十分必要。围绕压缩机组维护内容、维护模式和维护实践进行研究，针对维护成本、效益开展分析，并对机组维护发展方向、问题策略进行论述。关键词：压缩机组；维护模式；维护策略中图分类号：TE973文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.01表 2压缩机组各单元维护周期机组单元型号保养中修大修周期/h 类别周期/h类别周期/h 类别燃气发生器LM2500+DLE4000现场 25 000 返厂 50 000 返厂动力透平HSPT4000现场-50 000 返厂离心式压缩机PCL800/PCL6004000现场 25 000 现场 50 000 现场1设备管理与维修2023 2（上）2.1.2短周期一体化合同短周期一体化合同将一个相对较短期间内（一般为 12年）的机组服务与维修进行打包招标，以维修任务为主配置短周期服务以取得一定程度折扣优惠。2.1.3长周期一体化合同长周期一体化合同由专业公司（一般为主机厂家）在一个较长期间内（一般为56年）负责压缩机组的检修、备件、修理、运行维护指导等工作4，期间机组维护与中大修整体打包招标并签订合同。该类合同比较典型的有 GE 的 CSA（CONTRACTUAL SERVICEAGREEMENT，合同服务协议）和西门子的 LTP（LONG TERMPROGRAM，长期计划）。2.1.4自主维护外委维修自主维护是在相关技术、资质和经验积累到一定程度后，业主本单位运行技术团队自行进行机组维护和故障处理。机组中大修采用外委方式，根据项目进行单独或打包招标采办。2.2维护模式分析2.2.1维护模式实践（1）中哈天然气管道 AB 线主力站场 CS1、CS4 站：自主运维后管道运营合资公司即与 GE 签订了传统长服合同，两站各设两名驻站长服（机械、自控），提供机组维护、故障处理、DLE 标定、技术支持。2015 年合资公司与 GE 签订了 6 年 CSA 长周期一体化服务维修合同，GE 除驻站长服外，还提供两站 7 台燃气发生器的中修，机组损件赔付和 AM&D（Advisory Monitoringand Diagnostics，机组状态远程监测）服务。（2）C 线准主力站场 CCS2、CCS6 站：投产结束后合资公司即与 GE 签订了传统长服合同，配置一名流动长服（自控）为两站轮流提供服务。2018 年合资公司与 TCT 签订了类短周期一体化服务维修合同，承包商提供两名流动长服，同时承接两台 RRRB211-24G DLE 燃气发生器中修。2019、2020 两年合资公司采取自主维护结合 DLE 标定服务单独采办的模式。2021 年合资公司与 GE 在项目所在国的渠道公司签订传统长服合同，配置两名流动长服。2.2.2成本效益分析根据图 1 对机组运行指标进行分析：在采用技术服务初期，如 CS1、CS4 站在 20132015 年和 CCS2、CCS6 站在 20162017 年间指标数据，机组停机次数（本体）和 MTBF（平均无故障运行时间）指标均获得大幅改善；在采用技术服务 34 年后，如CS1、CS4 站在 20162019 年间指标数据，机组运行指标逐渐平稳；在经过较长期技术服务后，如 CS1、CS4 站在 20202021年，机组运行指标持续优化。值得注意的是，CCS2、CCS6 站在 2019、2020 年采用单独采办 DLE 标定服务和自主维护模式期间，机组运行指标出现了一定程度下降。根据图2 对技术服务成本进行分析：总体上技术服务的月均成本呈现逐年上涨趋势，其中 CS1、CS4 站成本曲线虚线部分为CSA 合同总体成本，实线部分为技术服务预估成本。CSA 合同费率主要分为可变费率（以机组中修前点火时间计）和固定费率（按月计）两部分，经过计算和分析，应以固定费率来预估技术服务成本。CCS2、CCS6 站成本曲线虚线部分为 2019、2020 年未采购实际技术服务（仅采购 DLE 标定服务）成本，实线部分为实际技术服务成本。除受承包商的年抬价公式影响外，2018 年、2021 年引进第三方专业公司和渠道商也是有弊因素。CS1、CS4站月均成本高于 CCS2、CCS6 站，主要原因为 CS1、CS4 站站均两名驻站长服的人员成本远高于 CCS2、CCS6 站的流动服务模式。3压缩机组维护策略3.1维护模式发展方向在现场维护方面，由成本效益分析可知，机组投产运行初期，适度的现场技术服务是必要和有效的。经过一段时间的长服保运和业主运维团队发展，现场外委服务从必要性和经济性层面考虑，均趋向逐步削减直至取消。中哈天然气管道由驻站长服到流动服务，再到自主维护加远程技服模式的趋势已然明确。在机组中大修方面，以中哈天然气管道当前的机组规模来说，业主自行组建维修设施显然是低效投资，因此一是要争取与厂家发展长期合同或战略合作，在优化维修成本的同时提高维修进度和效率；二是要积极借助国内燃气轮机产业发展，加大与国内相关企业合作力度，助力海外油气设备国产化进程。3.2困难与策略（1）经过多年的技术和经验积累，合资公司技术团队取得了机组现场维护和部分维修作业的能力和资质，但是燃机标定等较高技术含量专业操作仍需要依靠有资质的外委单位。为实现此类关键技术突破，一是要利用长周期合同时机，以市场换技术，促进技术转让；二是考虑装备新型自动标定设备，减少人工操作。（2）对于大部分涉及技术专利和厂家保密的较高级别维修，合资公司仍处于摸索阶段。对此，一是企业内部要及时总结经验，丰富作业标准，利用 EAM 等信息化系统对技术资产进行固化；二是要加强与国内外科研院所的交流合作，借助逆向工程等图 1压缩机组 20132021 年运行指标统计图 2压缩机组 20132021 年技术服务月均成本统计2设备管理与维修2023 2（上）科研成果突破技术瓶颈。（3）合资公司的专业人员培养和发展工作还有待提升。一是要充分发挥集中维护优势和专业技术组职能，集中优势兵力攻关重大作业、关键技术，总结经验后开展多层次培训巩固；二是继续扩大管理、技术“双通道”发展策略，提高技术序列员工待遇，使其专心搞科研、搞技术，保证专业人才基数。4结语中哈天然气管道在中方员工基数低、属地技术积累少、海外营商条件复杂等客观环境因素下，主动作为，积极探索，以压缩机组（GE 机组）运行指标年均超 13%的优化率，有力保障了国家西北跨国能源通道年均超 400 亿 m3的天然气输送量。通过不断的技术经验积累，人员能力提升和数字化转型加持，中哈天然气管道压缩机组的管理创新有效提升了管道全线运行效率和运营效益，为实现全面自主维护和系统维修战略奠定了有利的实践基础，营造了积极的发展氛围。参考文献1闻雪友，翁史烈，翁一武.燃气轮机发展战略研究 M.上海：上海科学技术出版社，2016：30-31.2艾勇，张福坤，吴全，等.长输天然气管道不同压缩机驱动方式的比较 J.石油规划设计，2014，25（5）：27-28.3何磊，刘明昊，崔耀欣，等.西门子 SGT-2000E 燃气轮机的维护和检修 J.热力透平，2008，37（1）：63-64.4武魏楠.燃机服务市场争夺战 J.能源，2014（3）：68-69.编辑张韵0引言近年来，RCM（Reliability Centered Maintenance，以可靠性为中心的维修）在各类大型工业领域越来越广泛地得到工业企业的认可与重视，并逐渐在石油化工、电力系统等领域的大型装置中得到更广泛的应用1。RCM 技术最核心的作用就是，通过定量 RCM 分析为系统设计与维修方案提供提供一定的理论依据，而定量 RCM 分析最重要的指标便是其可用度随着时间变换的计算2。大型装置系统可用度随时间变换的计算，主要是通过马尔科夫链状态转换矩阵3-5进行迭代计算的，一般以 1 h为单位，随着使用时间的增加，系统的可用度逐渐趋向于一个定值，即稳态可用度。但是现在，大型机械设备装置已经发展成为一个非常复杂的设备系统，而且机械设备运行时间更长，对设备系统的运行稳定提出了更高的要求。通常情况下，大型设备系统装置的运行时间一般为几万小时或几十万小时起步，因而其装置可用度的计算也带来了几十万次的复杂矩阵转换计算6。大多数情况下装置的可用度会随着时间的变化逐渐下降并收敛于一个稳定值，形成平稳分布7，即稳态可用度。在大型石化、电力等企业，稳态可用度往往对复杂大型装置的设计具有一定参考价值，这就意味着需要计算时间趋向于无穷大时设备状态的分布情况，为了满足精度要求，带来了更为繁重的计算任务。在实际工程应用当中，用稳态可用度来衡量系统可用度最为常见。但是在计算稳态可用度的过程中，矩阵计算的计算量巨大且计算过程缓慢，有很大不便，导致采用矩阵转换计算设备组稳态可用度的方法在实际工程中遇到了很大瓶颈。尤其是石化、电力企业的大型生产装置，当同时需要计算几十个设备所组成系统的可用度时，无论是空间复杂度过大还是时间复杂度过长，都会导致计算体验较差。此外，过于复杂的计算过程，也为装置设计人员带来了较大的不便8。鉴于传统计算方式的不便，可以推导相关的解析式6，并依据解析式来计算多开多备设备组的稳态可用度。作为新颖的解决方法，尽管解析式可靠且方便，但因为解析过程中涉及到解微分方程，对于复杂系统而言其推导过程过于复杂，很难得到多开多备复杂系统稳态可用度的解析解。在相关文献中，即使多开多备系统的稳态可用度有解析解，也是假设备用设备的失效率与运行设备失效率相同，而实际上备用设备的失效率与运行设备的失效率完全不同且相差很大，其计算结果也是相差较大，相关的精确度难以得到保证。因此，在计算多开多备设备组的稳态可用度时，需要一个较为贴合实际解析结果的快捷计算方法。可以为多开多备设备组的稳态可用度计算，特别是大型成套装置的多开多备设备组稳态可用度计算方法研究孙福广，王克林，胡久韶，高振宇（合肥通用机械研究院有限公司，安徽合肥230031）摘要：针对多开多备设备组可修系统稳态可用度计算过于复杂且当前没有通用解析式的问题。从一开一备设备组情况入手，推导出了一开一备设备组失效率与修复率各不相同的稳态可用度计算的解析式，然后通过将多开多备设备组等效为一开一备设备组的处理方式来计算多开多备设备组稳态可用度。实践证明，该处理方式满足工程需要，大大提高了计算效率，尤其适用于批量设备组的可用度计算，对 RCM 技术在我国过程成套装置的推广应用具有重要意义。关键词：多开多备设备组；可修系统；定量 RCM 分析；稳态可用度中图分类号：TP212.9文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.023