天然气压缩机故障一例浅析

一、工作原理及结构特点

1. 工作原理:

当活塞式压缩机的曲轴旋转时, 通过连杆的传动, 活塞便做往复运动, 由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面所构成的工作容积则会发生周期性变化。活塞式压缩机的活塞从气缸盖处开始运动时, 气缸内的工作容积逐渐增大, 这时, 气体即沿着进气管, 推开进气阀而进入气缸, 直到工作容积变到最大时为止, 进气阀关闭;活塞式压缩机的活塞反向运动时, 气缸内工作容积缩小, 气体压力升高, 当气缸内压力达到并略高于排气压力时, 排气阀打开, 气体排出气缸, 直到活塞运动到极限位置为止, 排气阀关闭。当活塞式压缩机的活塞再次反向运动时, 上述过程重复出现。总之, 活塞式压缩机的曲轴旋转一周, 活塞往复一次, 气缸内相继实现进气、压缩、排气的过程, 即完成一个工作循环。

2. 结构:

机组主要组成部分:机组主机;燃料供给及调速系统;发动机进排气系统;点火系统;润滑系统;冷却系统;启动系统;仪表控制及安全保护系统;气体分离及工艺管线系统;底座及机座。

3. 主要特点:

非增压、低速、整体、撬装、固定式、以气质要求不高的天然气为燃料;机组的额定功率仅为最大功率的65%, 因此可连续、满负荷运行;发动机与压缩机共同一个机身、一个曲轴、对称平衡布置, 振动小;配套系统完善, 冷却系统为闭式循环, 有可靠的安全放空和排污系统;仪表自动控制完善可靠, 能实现机组超速、超压、超温、超振动、超液位等全面自动保护可实现无人值班。可通过调整机组余隙、转速、压缩机单双作用等方式满足工况较大范围内的变化;机组自成体系, 不需外供电源, 就可实现机组的正常运行;机组安装十分方便, 操作简单、坚固、耐用、易损件少、维修量少。

二、故障简述

某气田使用ZTY-265在带负荷运行数小时后, 出现动力缸温偏高的问题。

经瞬时进气量9000方左右测试, 发现室外温度 (10 CO-35CO) 与空气进气温度 (25 CO-45 CO) 呈峰谷值出现 (峰值时间19:00, 谷值时间07:00) , 动力缸排温与环境温度变化规律较一致, 也呈峰谷值变化 (380 CO-405 CO) , 运行过程中压缩机分别两次因缸温高停机, 停机前空气进气温度分别为37CO, 39CO。具体测试情况如下图。

从各条参数曲线图对比情况看, 动力1、2缸缸温的变化趋势基本一致 (变化范围380Co-405Co) , 且与空气进气温度有一定关系, 但相关系数不强。另外动力缸温与转速以及进气压力变化无明显关系, 从相关性分析得出, 排温高仅与进气温度变化有一定关系, 与其它运行参数间并无明显线性关系。

综上考虑造成动力缸温度过高原因, 初步判断为:

1. 发动机空气进气温度过高.

2. 机房通风换热没有达到机组所需环境温度.

3. 高海拔导致的机组功率损耗.

三、改造试验

经上述分析及实地测试, 改造压缩机空气进气口至厂房外, 且将压缩机厂房进行通风改造, 保证通风良好。

通过对改造空气进气口后的压缩机进行测试运行, 主要从单机运行时缸温变化、降负荷运行缸温变化、提升符合运行缸温变化, 调整转速后缸温变, 双机运行缸温变化等方面进行试验, 连续运行三天, 机组很少出现缸温高停机现象, 但随着环境温度的升高, 压缩机又呈现缸温过高情况, 于是通过控制压缩机进气负荷, 确保机组正常运行。

从运行数据曲线上看, 动力1、2缸缸温变化趋势保持一致、室外、PLC、燃气上空温度变化趋势保持一致, 表明室内温度受室外环境温度 (昼夜温差) 影响。期间室外温度在10~40Co之间, 燃气上空温度在20~60Co之间变化, 动力缸温在360Co-405Co之间。

其一从曲线图中可以看出, 两次单机运行期间, 室外与室内环境温度差值分别为10Co、12 Co, 双机运行时室外与室内环境温度差值为17 Co, 说明, 双机运行时, 两台机组散发热量造成机房内温度升高5 Co左右。

其二在室外环境温度整体未发生变化的情况下, 室内环境温度明显高于之前趋势 (由平均36 Co上升至平均42Co) , 动力缸温也明显高于之前单机运行温度 (由平均377 Co上升至384 Co) , 表明动力缸温度变化与环境温度的变化有一定关系。

其三在单机运行期间进气量8000方左右, 日处理量19万, 室外环境温度在10 CO-30 CO之间, 室内燃气上空温度在20CO-40 CO之间, 动力缸温在370 CO-405 CO之间, 后因缸温高, 进行减载处理, 减载至30%后产量由8000方降至6000方, 转速也由345降至320转, 动力缸排温由406降至400CO, 此阶段环境温度基本不变, 说明降低负荷可降低排温。

其四在试验双机运行情况下, 进气量3000-6500方左右, 日处理量7-16万方左右, 室外环境温度在10 CO-40 CO之间 (较单机运行时高温上升5 CO) , 室内燃气上空温度在30 CO-57CO (较单机运行时, 低温上升10 CO、高温上升12CO) 之间, 动力缸温在370 CO-405 CO之间 (较单机运行时, 低温上升10CO、高温上升10CO) , 表明随着环境温度的整体提高, 以及双机运行温度的升高, 动力缸温运行范围也整体上升, 动力缸温与环境温度存在正比关系。

四、结论

1.从数据分析中看出, 压缩机动力缸排温与环境温度变化规律一致, 受环境温度影响。分析认为, 室外环境温度升高, 压缩机在运行中产生大量的辐射热。由于缺少空气对流致使热气不能迅速的从机房散发出去, 动力缸排气管上空温度不断聚集, 造成散热效果不理想, 影响排温升高。

2. 室外温度升高1 Co, 燃气上空温度升高1 Co, 动力缸排温升高0.54 Co。

3. 转速变化与动力缸排温变化关系不明显。

4.吸气压力 (进气负荷) 与动力缸排温变化存在一定关系, 排温与进气负荷变化成正比, 外界温度恒定的情况下, 进气负荷较低时, 排温运行范围较低, 反之, 较高 (负荷每降低2.4万方, 排温下降4 Co) 。

5. 双机运行室内温度受双机排温散热影响, 温度高于单机运行状态, 平均提高5 Co。

摘要：本文所指压缩机为ZTY整体式系列天然气压缩机组, 是在引进国外先进成熟技术的基础上, 自主开发的主导天然气压缩机组之一。该系列机组主要适用于含H2S气田, 含盐水、油水气质的天然气的集输, 尤其对缺电的边远地区更显示其经济方便之优越性, 完全能满足生产工艺的工况。本文阐述故障为动力缸温偏高问题, 其分析结果仅作为此类机型运行参考。

关键词：压缩机,故障,分析