天然气压缩机仪控部件常见故障分析及优化.pdf

技术研究 72 2023年第9期天然气压缩机撬是油气开采的重要设备之一，电驱式压缩机在海洋石油平台上应用较多，广泛应用于天然气处理、外输以及发电机组的供应1。作为监测机组压力、温度、振动、物位等各项运行参数的仪器仪表，一方面提升了工艺流程自动化水平，另一方面对机组运行的稳定性和安全性起到重要作用。笔者通过对海上某平台天然气外输压缩机在实际运行中出现的各种问题，从提升仪器仪表自动化水平和优化改造角度出发，旨在降低设备故障率，保障设备稳定运行。1 机组仪器仪表存在的问题中海石油（中国）有限公司天津分公司某平台作为天然气外输重要中转站，总计有4 台天然气外输压缩机，担负着保障燃气稳定供应的中坚力量。其中3台机组服役时间较早，距今已有14年之久，机组上部分控制仪表由于当初仪表选型、位置安装不合理、工况介质参数变化等，导致机组运行不稳定，自动化控制水平低给维护操作带来极大不便，特别是液位控制系统，有的仪表已经停产，无法采购，只能通过改造进行优化提升。2 机组仪控部件常见故障分析及解决方案下面对 2018 年至 2022 年压缩机组仪控部件常见故障进行分类汇总，常见故障分为5类（见表 1），对5类常见故障进行分析并提出了可行的解决方案。表 1 20182022年机组仪控部件故障统计年份压力变送器故障振动传感器常见故障无流量开关故障滑油补给液位开关故障回讯开关故障202200110202110101202000201201920210201811301合计41923 2.1 压力变送器故障（1）压力显示异常。压力显示异常原因常见有零点漂移、量程迁移类、取压膜片有异物卡堵、膜片变形、电路元器件损坏等问题。解决方案：定期做好维护对压力变送器的零点、量程进行标定，对取压管线定期低点排放，定期清洁变送器入口膜片处的异物、杂质；定期对变送器开盖检查紧固，对变送器表体及格兰头密封、紧固情况做好检查，检查变送器表体接地情况是否良好，检查变送器安装位置是否处于高天然气压缩机仪控部件常见故障分析及优化苗振涛中海石油（中国）有限公司天津分公司 天津 300459摘要：现场仪表在海洋石油工艺流程生产中的作用至关重要，其能够为自动化控制与安全生产提供保障，提高生产效益。但其在生产运行过程中受到各种因素影响，严重制约着自动化水平甚至影响生产装置安全稳定运行。结合某外输平台天然气压缩机机组仪控部件在日常运行中出现的问题展开分析及优化，从而提升外输燃气压缩机机组安全稳定，保障外输气供应。关键词：燃气压缩机 现场仪表 自动化水平 仪控部件A n a l y s i s a n d O p t i mi z a t i o n o f C o mmo n F a u l t s i n I n s t r u me n t a n d C o n t r o l C o mp o n e n t s o f N a t u r a l G a s C o mp r e s s o rMi a o Z h e n t a oTianjin Branch，CNOOC China Co.，Ltd.，Tianjin 300459 Abstract：Field instruments play a crucial role in offshore oil process production，providing assurance for automatic control and safe production，and improving production efficiency.However，it is affected by various factors during production and operation，which seriously restricts the level of automation and even affects the safe and stable operation of production devices.This article analyzes and optimizes the problems that occur in the daily operation of the instrument and control components of a gas compressor unit on an export platform，in order to improve the safety and stability of the export gas compressor unit and ensure the supply of export gas.Keywords：Gas compressor；Field instrument；Automation level instrument；Control components 73 技术研究2023年第9期温、振动大、磁场强的位置，若存在，需重新进行安装调整。引压管问题。引压管通常会出现由于介质黏度较高、介质含有杂质，造成引压管的堵塞；同时引压管线存在积液，在冬季保温伴热不好情况下，导致冻堵不能准确反馈实际压力值。此类故障在冬季发生频次高，由于当初安装位置不合理，压力变送器安装在机组控制盘旁边，距离取压点太远，中间引压管线分布过长（最长的有15m左右），导致引压管内积液，冬季伴热、保温效果不好情况下，会导致管线冻堵，引起机组停机。解决方案：对机组压力变送器进行移位，在确保方便维护的基础上移至取压点附近，并安装低点排液阀，做好管线伴热及保温检查，冬季加强对变送器定期排液。2.2 振动传感器常见故障（1）振动值跳变。振动传感器故障在本机组不常见，通常由于外界存在电磁干扰，而传感器选用不合理或者电缆信号线屏蔽效果不好，导致抗干扰能力不强，检测值无规律跳动。之前经历过一个项目，压缩机机组在正常运转过程中，机组曲轴箱壳体振动传感器检测值时不时出现无规律波动现象，触发机组关断保护，在更换同一批次型号传感器波动情况还是存在。解决方案：此类型传感器不具备抗干扰能力，需升级替换为抗电磁干扰振动传感器；经过联系传感器生产厂家，厂家告知该型号产品已发布召回升级，使用升级后的传感器，无规律波动现象不再出现。2.3 无流量开关故障（1）开关电池电量不足。当前无流量开关通常采用3.6 VDC 锂电池插接式供电，供电周期根据机组运转时间及电池质量和受环境温度等因素影响，使用寿命存在不确定性。在故障统计分析中，机组因无流量开关问题故障导致停机的比例较高约50%，而在50%比例中，因开关电池原因导致机组停机的比例高达70%，所以保障无流量开关的供电稳定性显得至关重要。解决方案：（1）采取主动维护策略，利用压缩机维保期间定期（每半年）对无流量开关电池更换，并做好记录；（2）对无流量开关供电方式进行优化，由外部供电模块转换为DC 3.6V独立供电，改造后的电缆插头可以方便连接原无油流开关电池插头位置，整体改造不影响原设备的物理属性，如果电源模块出现故障可方便换回原电池，并进行应急处理2。采取上述措施后有效减少了大型设备的停机率，为外输气压缩机仪控检测稳定运行提供了可靠的保障，并带来了长期的经济效益。（2）无流量开关本体问题。无流量开关本体常见故障有：（1）磁感应棒长时间工作变形损坏，导致卡阻3。（2）弹簧长期进行压缩、复位运动导致弹性下降甚至变形失效，导致磁感应棒无法回到初始位置影响感应信号的产生3。解决方案：利用机组定期维护时间，手动按压注油泵检查、测试无流量开关磁感应棒是否正常工作；将无流量开关拆卸后，检查磁棒是否存在断裂、弹簧性能是否良好。2.4 滑油液位补给开关故障（1）补给开关入口小滤网堵塞。原因是滑油中存在杂质和絮状物，随着时间推移，杂质逐步增多堵塞入口通道，导致进入供给开关滑油少于机组消耗的，开关舱室内浮球下降，触发开关动作，机组保护停机。解决方案：利用机组定期维护时间，清洁滑油补给开关入口滤网，确保滑油进液通畅。（2）补给开关舱室滑油过高。原因是滑油开关内部浮球连杆卡滞，液位高时无法继续上浮顶住入口或者上浮后入口压杆密封损坏、异物卡滞导致继续进液。解决方案：利用机组定期维护时间，对滑油补给开关上下移动测试，确保滑油补给开关功能正常，更换密封不良补给开关。2.5 阀位回讯开关故障回讯开关故障也比较常见，常见原因有开关接线松动导致信号丢失，由于撬块振动原因旋转轴与阀体连接件间隙变大，导致开关不到位信号丢失，微动式开关疲劳粘连信号持续存在，凸轮或者微动开关错位，导致信号丢失。解决方案：利用机组定期维护时间，对回讯开关接线端子检查紧固；对旋转轴与阀体连接件间隙进行填充，确保连接紧密；对内部凸轮位置进行调整，确保位置与实际开关状态匹配；对故障开关进行更换。3 技术改造优化3.1 改造背景3.1.1 原机组机械浮球液位控制器无法正常使用原机组洗涤罐安装一台侧装插入式浮球控制器，通过控制仪表气流量大小，打开或关闭气动阀门进行排液，属于纯机械式控制。由于现场环境振动高，加剧了机械式浮球控制器传动杆磨损、控制器内部弹簧波动，再加上浮球卡滞使得控制器不能稳定准确地检测洗涤罐内部实际液位，导致控制阀阀门长期处于开或关，无法实现技术研究 74 2023年第9期自动控制，液位过低会造成天然气放空，资源浪费，过高会造成压缩机停机甚至引起气阀故障。3.1.2 玻璃板液位计自动化水平低原压缩机机组洗涤罐上只安装了一支玻璃板式液位计（图1），由于机组长期处于露天环境，玻璃板内部老化发黄，与罐内液体混合物颜色相近，巡检时不能直观观察到液位指示，也无法实现数据远程监控，为避免洗涤罐液位确实过高引起气阀损坏，操作人员每天定期到现场手动进行排液，任务繁重。图1 原玻璃板式液位计3.2 优化方案设计（1）将洗涤罐原机械式浮球液位控制器，优化为液位变送器通过接入原可编程控制器（PLC）控制盘，依托新增磁翻板液位变送器检测洗涤罐液位，通过液位设定、PLC程序控制调节阀开关，将洗涤罐液位控制在200400mm范围内，实现快速排液，避免因排液不及时导致的液位高高停机以及气阀液击故障问题。（2）将原玻璃板液位计更换为磁翻板液位计/变送器（见图2），可以实现以下功能：现场液位显示清晰直观，作为排液控制参数可靠性高，信号远传中央控制室实时监测，既实现洗涤罐液位精准控制，又能实现中控画面液位显示，提高了自动化监测程度。图2 磁翻板液位计/变送器4 结束语通过对天然气压缩机仪控部件常见故障的分析和总结，为今后机组的维护保养及检修提供了技术支持，为压缩机仪控部件稳定运行提供了可靠的保障，有效降低了机组的故障率；同时通过对压缩机洗涤罐液位控制方式的优化改造，实现了无需人工干预即可按设定值完成洗涤罐排液，解放了劳动力，为一线工人减负；另一方面从根源上解决由于洗涤罐内排液不畅积液而导致“气带液”进入下一级气缸后对气阀造成的硬损伤，大幅减少压缩机气阀故障停机频次和气阀检修更换的费用问题，并带来了长期的经济效益。参考文献1宫俭纯，邓燕，刘志芳，等.海洋石油平台电驱式天然气压缩机撬内液位变送器选型 J.化工自动化及仪表，2021（1）：100-102.2 刘峻含，刘向铭，曹硕.伴生气压缩机无油流开关供电系统的技术改造及其效益 J.天津科技，2022（9）：68-70；76.3 马永凯，杨炳华，段金刚.天然气压缩机无油流开关频繁报警故障分析及处理 J.石油化工，2018（2）：55-58.作者简介苗振涛（1985），男，仪控工程师，本科，学士学位，主要从事海上石油平台仪控设备维修管理工作。