呼图壁储气库KBU-6注气压缩机适应性改造

2022-09-11

为保证新疆北疆稳定供气和西气东输二线战略安全, 新疆油田公司选定呼图壁气田改建地下储气库, 压缩机全部采用ARIEL公司KBU-6卧式对称平衡双作用往复压缩机。本文对呼图壁储气库压缩机常见故障及机理进行了分析, 并根据故障情况制定了适应性改造方案, 对往复式压缩机的故障削减研究有着重要的意义。

1 压缩机运行故障分析

第一注气周期期间, 各类故障导致压缩机停机211次。往复式压缩机结构复杂、部件繁多, 故而引起故障的原因很复杂, 具有多样性和并发性。运行期间三类问题对注气压缩机平稳运行影响较大:第一类是压缩机气阀故障造成压缩机停机35次;第二类是压缩机振动造成管线卡箍上的螺栓断裂;第三类是压缩机出口除油系统除油效率低, 气缸润滑油随天然气进入气层, 对气层造成一定的污染。针对这三类问题, 提出相应的技术改造方案。

2 压缩机适应性改造

2.1 压缩机气阀改造

2.1.1 气阀损坏原因分析

呼图壁储气库压缩机所使用气阀为网状阀, 主要由阀座、升程限制器、阀片、弹簧、气阀螺栓和螺母组成。通过对损坏气阀状况分析, 损坏原因主要有两类:

2.1.1. 1 气阀开启和关闭由气体冲击和下部8根弹簧双重作用力而产生, 气阀高频运行极易造成弹簧疲劳损坏, 其中某一根弹簧损坏会导致阀片运动不平衡, 与阀座产生撞击, 损坏阀片。

2.1.1. 2 注气压缩机气阀运行工况严苛, 二级气阀阀隙气流速度最高达51m/s, 阀片撞击频率33次/秒, 每天撞击次数高达285万次。

2.1.2 气阀结构改造

对储气库注气压缩机气阀实际运行工况进行计算机动态仿真模拟计算, 根据计算结果对气阀进行相应的改造设计。通过分析研究, 对气阀改造如下:

2.1.2. 1 重新对阀片材质进行选材, 采用航天复合材料 (聚醚醚酮本体, 添加二硫化钼及碳纤维等) , 该材料具有较好的柔性, 适合于严格要求低摩擦系数和耐磨耗用途的场合, 并将阀片加厚, 提高阀片抗冲击能力;

2.1.2. 2 取消阀片定位销, 让阀片有更大的运行自由度, 有效避免气流脉动紊流导致阀片倾侧运动时卡住, 并特别设计一种弹簧减振栓, 用于降低撞击力;

2.1.2. 3 重新核算气阀弹簧, 修正弹簧的启闭角, 并重新布局弹簧, 改善阀片的运动性能。

将改造后的新型气阀应用于5#压缩机组, 运行4000小时, 24只气阀均未损坏, 气阀使用寿命延长了300%。

2.2 压缩机管箍改造

2.2.1 管箍断裂原因分析

经过一段时期对震动产生的机理和设备本身结构适应性分析, 确定造成卡箍断裂的原因有两点:

2.2.1. 1 压缩后的天然气以脉冲状态外输, 产生脉冲震动, 由于机组冷却和运行时缓冲罐热膨胀状态不同, 使得缓冲罐支撑存在虚撑或顶丝过紧现象, 起不到有效的抑振作用, 造成管线振动过大。

2.2.1. 2 固定式管箍能够有效抑制垂向振动, 而对水平向振动无法产生有效稳固作用, 水平向冲击力较大, 造成管箍螺栓断裂, 并且管箍的螺栓为焊接结构, 一旦损坏不能及时更换。

2.3 管箍适应性改造

2.3.1 在二级出口缓冲罐的底座下面增加垫块, 机组运行平稳后, 机组部件及管线经过充分受热膨胀, 定期检查并调整每台机组二级出口缓冲罐的支撑, 降低振动幅度。

2.3.2 根据管线震动特点重新设计管线卡箍, 每个固定点采用两个半环形钢箍包裹管线, 使其受力于管线180°面, 以克服来自于垂直向和水平向震动。管箍底座采用活动螺母固定, 便于拆卸和更换。

采用设计发明的新型管箍, 同时定期检查调整缓冲罐支撑, 压缩机震动由9mm/s降低到4mm/s, 并且再无管箍断裂现象发生, 出现螺栓振松现象, 只需紧固即可。

3.3 除油器内部结构优化

3.3.1 除油效率低原因分析

3.3.1. 1 滤芯固定不牢:将除油器打开后发现, 内部安装滤芯6个, 其中4个因螺杆固定不紧, 与底座脱开, 天然气未经过除油滤芯除油, 直接输出。

3.3.1. 2 滤芯选型不佳:对滤芯安装完好的除油器取样化验, 发现气体含油量依然很高, 表面因滤芯孔隙度过大或选型不佳导致处理量不够。

3.3.2 除油器适应性改造

3.3.2. 1 经多次试验, 研制出顶部固定盘, 将除滤芯顶部通过一个固定盘固定, 使其成为一个整体, 避免了单根滤芯因受到局部冲击过大而摇曳脱落。

3.3.2. 2 将原配置的A-11667型号除油滤芯, 更换为PCH-GC-336型号的滤芯。新型滤芯由不同尺寸纤维和高密度聚酯交错缠绕, 层层覆盖, 最终形成一个锥形螺旋, 增加了润滑油的除油效率, 而原滤芯过滤层只采用了普通聚酯材料, 简单叠加方式。此外与原滤芯相比, 新滤芯材质更加结实耐用, 厚度增加了1mm, 能够降低高压力冲击对滤芯的损坏, 延长了滤芯使用寿命。

除油器内部结构改造及优化后, 压缩机润滑油除油效率净增加96%。