周書仲

西氣東輸管道公司

壓縮機(jī)組是長輸天然氣管道的“心臟”，我國使用的壓縮機(jī)組絕大多數(shù)都是從歐美國家引進(jìn)的產(chǎn)品，技術(shù)要求主要遵循美國行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)�？傮w上來講，在壓縮機(jī)組的采購、運(yùn)行、維護(hù)等方面，中外差距較小。而在壓縮機(jī)工藝系統(tǒng)的設(shè)計上，可能存在一些差異。

本文主要對通用電氣公司（ GE）、羅爾斯·羅伊斯能源公司（ RR，現(xiàn)已被西門子公司收購，本文仍使用RR稱呼）和索拉公司（ SOLAR）生產(chǎn)的三種機(jī)組的不同點(diǎn)、存在問題、注意事項(xiàng)進(jìn)行總結(jié)和分析，以期為企業(yè)保證設(shè)備的安全運(yùn)行提供借鑒和參考。

1 各型機(jī)組的不同點(diǎn)

這里主要對壓縮機(jī)和其他配套系統(tǒng)存在的不同進(jìn)行分析，需要說明的是，這些不同也都是符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的，不存在孰優(yōu)孰劣的問題。

1.1 壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

（1）GE壓縮機(jī)

機(jī)殼為鍛造機(jī)殼，桶式結(jié)構(gòu)，在壓縮機(jī)機(jī)芯上制作了進(jìn)出口蝸殼，與壓縮機(jī)的進(jìn)出口法蘭孔相對應(yīng)，如圖1所示。因此，壓縮機(jī)進(jìn)出口法蘭中心線不在同一條直線上，且壓縮機(jī)進(jìn)出口軸線間的距離因壓縮機(jī)機(jī)芯的不同而不同。壓縮機(jī)的外殼長度也不相同。所以，在對壓縮機(jī)機(jī)芯進(jìn)行改造時，需要考慮這個尺寸。一般情況下，不適宜對其進(jìn)行增加葉輪的改型。

同時， GE壓縮機(jī)的進(jìn)出口法蘭也會根據(jù)流量的不同，采用不同的口徑。

（2） RR壓縮機(jī)

機(jī)殼為鑄造機(jī)殼，在機(jī)殼內(nèi)鑄造有進(jìn)氣室和排氣室，分別與進(jìn)排氣法蘭連通，不需要在機(jī)芯上制作蝸殼，如圖2所示。壓縮機(jī)的進(jìn)出口法蘭中心線在同一條直線上，且都采用了36吋的接口。因此， RR壓縮機(jī)的機(jī)殼是統(tǒng)一的，機(jī)芯改型較為方便。

GE壓縮機(jī)的進(jìn)出口法蘭直徑比RR小，所以進(jìn)出口氣流速度較大，有的高達(dá)25m/s,相應(yīng)地廠房內(nèi)氣流噪音比RR大。

1.2 潤滑油系統(tǒng)

（1）回油方式

RR、 GE燃?xì)廨啓C(jī)是航改型燃機(jī)，燃?xì)獍l(fā)生器使用的是滾珠軸承，潤滑油回油依靠泵進(jìn)行抽吸。動力渦輪和離心壓縮機(jī)使用的是可傾瓦式滑動軸承，回油是依靠重力自然回油。燃?xì)廨啓C(jī)使用的潤滑油是合成潤滑油，壓縮機(jī)使用的潤滑油是礦物潤滑油。因此，需要分設(shè)兩個潤滑油系統(tǒng)。

SOLAR公司的燃?xì)廨啓C(jī)是工業(yè)輕型燃?xì)廨啓C(jī)，燃?xì)廨啓C(jī)和壓縮機(jī)使用的都是滑動軸承，都是依靠重力自然回油，使用相同牌號的潤滑油。所以， SOLAR公司的燃驅(qū)壓縮機(jī)組只有一套潤滑油系統(tǒng)，整個機(jī)組的配置非常簡單。

（2）冷卻方式

GE燃?xì)獍l(fā)生器潤滑油系統(tǒng)的冷卻方式是回油冷卻， RR燃?xì)獍l(fā)生器潤滑油系統(tǒng)的冷卻方式是供油冷卻。動力渦輪和離心壓縮機(jī)潤滑油系統(tǒng)的冷卻方式是供油冷卻。

國產(chǎn)燃驅(qū)機(jī)組的燃?xì)廨啓C(jī)和壓縮機(jī)雖然使用相同牌號的潤滑油，但由于燃?xì)廨啓C(jī)潤滑油系統(tǒng)使用的是回油冷卻方式，而壓縮機(jī)的潤滑油系統(tǒng)使用的是供油冷卻方式，所以難以合成一套潤滑油系統(tǒng)。因此，仍然分設(shè)了兩個潤滑油系統(tǒng)。

（3）主泵驅(qū)動方式

SOALR、 GE機(jī)組的主潤滑油泵（礦物油、合成油）采用機(jī)械驅(qū)動，即由機(jī)組主軸驅(qū)動。應(yīng)急油泵采用直流電機(jī)驅(qū)動的油泵。因此，通過優(yōu)化控制程序，機(jī)組可抵御外電波動。

RR機(jī)組的主潤滑油泵是電機(jī)驅(qū)動的。在外電波動時，會造成潤滑油壓力的波動，可能會引起停機(jī)。因此，對外電供電質(zhì)量要求較高。礦物油系統(tǒng)采用了高位油箱作為后備應(yīng)急供油，可靠性更高。

1.3 防喘振控制

（1）喘振測試判斷

在壓縮機(jī)進(jìn)行喘振測試時，廠家一般都是憑借儀器和（或）聽力判斷是否即將進(jìn)入喘振，而不會讓其真正進(jìn)入喘振狀態(tài)。但man turbo公司在進(jìn)行壓縮機(jī)喘振測試時，要直接聽到喘振的聲音。

（2）喘振線形狀

理論上，壓縮機(jī)的喘振線在壓比-節(jié)流元件的差壓圖上接近一條直線。如果壓縮機(jī)進(jìn)行喘振測試時，僅憑借聽力判斷是否將進(jìn)入喘振，會因人員、時間及環(huán)境等因素的影響，所得出的進(jìn)入喘振的時刻不同，幾個喘振點(diǎn)的連線就是一條折線，如圖3所示。 RR公司未對測試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接按照測試結(jié)果編程控制,增加了程序的難度。

（3）喘振裕度

喘振裕度是指定工作點(diǎn)的體積流量和該工作點(diǎn)等壓頭對應(yīng)喘振點(diǎn)體積流量差與對應(yīng)喘振點(diǎn)體積流量的比值。一般壓縮機(jī)廠家設(shè)定的防喘控制線的喘振裕度為10%， RR公司喘振控制線的喘振裕度為20%，減小了壓縮機(jī)組的工作區(qū)域范圍。

（4）運(yùn)行要求

廠家不允許壓縮機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)生喘振，一旦探測到喘振就會立即停機(jī)。而man turbo公司則允許機(jī)組短時喘振，只是對機(jī)組喘振次數(shù)進(jìn)行了限制，一般不得超過50次。

2 存在問題及解決措施

在使用過程中發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)組存在一些影響安全的問題，主要原因可能是廠家在設(shè)備配套過程中所產(chǎn)生，也包括工藝設(shè)計方面的原因，這些問題在現(xiàn)場難以整改或整改難度較大，因此在新設(shè)備采購及新建壓氣站時應(yīng)盡可能避免。

2.1 GE機(jī)組箱體

通風(fēng)高溫問題壓縮機(jī)組采購技術(shù)規(guī)格書要求：“燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時機(jī)罩內(nèi)任何部位允許的最高溫度為 80℃。機(jī)罩外表面溫度不得超過 60℃,在人員易接近的排放空氣的管道和其他能造成危險的部件外表面應(yīng)加隔熱層。”目的是保護(hù)箱體內(nèi)儀器儀表，使其工作環(huán)境溫度不超過允許值。然而，GE公司供應(yīng)給西二線及此后一些工程的機(jī)組的箱體通風(fēng)出口溫度較高，有的已高于100℃。造成這一問題的主要原因是GE沒有根據(jù)情況變化變更設(shè)計。具體原因是：設(shè)備本身散熱量大；環(huán)境溫度高；在箱體通風(fēng)入口增加了合成潤滑油的冷卻器，對進(jìn)入箱體的空氣進(jìn)行了預(yù)加熱。對于這一問題，可采取以下措施解決。

（ 1）在環(huán)境溫度較高的情況下，增大通風(fēng)量。需要說明的是，系統(tǒng)阻力與風(fēng)量的平方成正比，開啟備用通風(fēng)機(jī)是不能有效增大通風(fēng)量的。

（ 2）應(yīng)去除進(jìn)風(fēng)口處的合成油冷卻器。

（ 3）如果允許，可以對散熱量較大的燃燒室、動力渦輪增加隔熱措施。

2.2 GE燃料氣處理撬加注潤滑油問題

GE在燃料氣處理撬上的分離器處設(shè)置了液位低報警和低停車控制信號。 GE對此的解釋是，必須保持分離器內(nèi)有液位，在排污閥出現(xiàn)泄露時液位降低會產(chǎn)生報警可以避免排污閥泄露導(dǎo)致天然氣泄露產(chǎn)生的危險。在投產(chǎn)時，為消除液位低報警、停機(jī)信號， GE要求向燃料氣處理撬上的分離罐內(nèi)添加礦物潤滑油或柴油。實(shí)際上，天然氣站場與GE燃料氣橇上情況類似的地方還有很多，如：往復(fù)式壓縮機(jī)進(jìn)氣洗滌罐、工藝裝置區(qū)的分離器等。如果按照GE在燃料氣處理撬上的做法，就需要大量添加潤滑油。

燃料氣處理撬上分離罐的作用是分離天然氣中的重組分，防止重組分進(jìn)入燃燒室，損壞設(shè)備。而在燃料氣橇內(nèi)添加潤滑油后，潤滑油必然會隨天然氣揮發(fā)進(jìn)入燃燒室，雖然量很小，還未證實(shí)不會對設(shè)備造成傷害，但這與設(shè)置分離器的目的是相悖的。目前，正在與GE進(jìn)行溝通，在用戶確保排污閥不存在泄露的情況下，不再添加潤滑油，并去除液位低報警和停機(jī)信號。但保留液位高報警和高停機(jī)信號，確保在分離出太多的重組分情況下不會對機(jī)組造成影響。

2.3 壓縮機(jī)進(jìn)出口閥使用快速關(guān)閉型閥門問題

現(xiàn)在，壓縮機(jī)工藝系統(tǒng)的設(shè)計主要采用集中空冷方式，壓縮機(jī)防喘振回路氣體沒有接到壓縮機(jī)的入口管線，而是接到了工藝裝置區(qū)，如圖4所示。如果壓縮機(jī)進(jìn)出口閥門使用了快速關(guān)閉型閥門，而沒有安裝熱旁通閥，是存在安全隱患的。

壓縮機(jī)組的進(jìn)出口閥使用的快速關(guān)閉型閥門應(yīng)該為故障關(guān)閉型。中低壓小口徑閥門使用氣動型的，高壓大口徑閥門使用的是氣液聯(lián)動型的。關(guān)閉時間一般以秒計,而壓縮機(jī)的惰轉(zhuǎn)時間一般以分鐘計。

在正常情況下，可以通過設(shè)置控制程序，在壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)速降低到接近0時，再關(guān)閉機(jī)組的進(jìn)出口閥。但是，如果是進(jìn)口閥門出現(xiàn)誤關(guān)斷故障啟動的停機(jī)程序，就可能出現(xiàn)進(jìn)口閥先關(guān)閉，而機(jī)組后停機(jī)的情況。這時，由于壓縮機(jī)進(jìn)口氣體無法得到及時補(bǔ)充，停機(jī)過程中就會產(chǎn)生喘振。而壓縮機(jī)進(jìn)出口閥門如果使用電動球閥，由于電動球閥的關(guān)閉時間長達(dá)180s以上，就不會出現(xiàn)這種情況。

所以，在壓縮機(jī)進(jìn)出口閥使用故障安全型閥門，且使用集中空冷方式時，應(yīng)加裝熱旁通閥。

2.4 RR干氣密封系統(tǒng)配置不完善問題

（ 1） RR干氣密封系統(tǒng)的一級放空為無背壓直接放空方式，串聯(lián)的二級密封工作的壓力接近常壓。一級放空量通過孔板差壓進(jìn)行檢測，只設(shè)置了差壓高報警和差壓高停車信號，未設(shè)置差壓低報警。如果使用的串聯(lián)式干氣密封的二級密封出現(xiàn)損壞，檢測系統(tǒng)一般無法發(fā)現(xiàn)。因此，在一級密封放空無背壓的情況下，一些廠家在二級放空管路上增加了可燃?xì)怏w探測裝置，通過天然氣濃度的變化來發(fā)現(xiàn)二級密封的損壞；還有一些廠家在二級放空管路上也安裝流量測量裝置。

（ 2） GE 干氣密封系統(tǒng)的一級放空通過調(diào)節(jié)閥

進(jìn)行控制，保持一級放空出口即二級密封的工作壓力在0.2～0.3MPag左右。在二級干氣密封損壞后，一級放空氣體將通過二級密封放空進(jìn)行排放，一級放空背壓將無法保持。因此，能夠通過一級放空壓力變化判斷二級密封的好壞。另外， GE干氣密封的供氣調(diào)節(jié)閥安裝了旁通孔板，在調(diào)節(jié)閥故障關(guān)閉的情況下也能向干氣密封供氣。

針對RR公司的干氣密封系統(tǒng)的配置不完善問題，建議：在二級放空管路上增加流量計量或可燃?xì)怏w探測裝置,或在一級放空管路上增加壓力控制閥，提高一級放空壓力。

3 有關(guān)注意事項(xiàng)

3.1 燃?xì)廨啓C(jī)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉生銹卡死事實(shí)證明，在潮濕環(huán)境下，燃?xì)廨啓C(jī)停運(yùn)期間可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉轉(zhuǎn)軸處非常容易發(fā)生生銹，造成可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉無法轉(zhuǎn)動。

如果是個別導(dǎo)葉銹死，在下次啟機(jī)運(yùn)行時，可能會造成導(dǎo)葉搖臂彎曲變形，并且由于可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉開度不一致，改變了流場分布，使得下一級動葉在經(jīng)過銹死導(dǎo)葉區(qū)域時產(chǎn)生顫振。這種情況極易造成葉片損壞，釀成大的機(jī)械事故。如果絕大多數(shù)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉銹死，則會造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)無法按照控制程序打開可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，機(jī)組不能升速，無法進(jìn)行輸氣生產(chǎn)。

因此,在潮濕環(huán)境下安裝使用的燃?xì)廨啓C(jī)，建議在停機(jī)備用期間，每周設(shè)法使可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉動作一次，以防生銹。

3.2 壓縮機(jī)入口過濾器是否繼續(xù)使用

壓縮機(jī)廠家供貨一般都包括安裝在壓縮機(jī)入口短節(jié)內(nèi)的錐形過濾器，且在技術(shù)建議書中強(qiáng)調(diào)為臨時過濾器。錐形過濾器的作用是，在壓縮機(jī)組運(yùn)行初期阻擋新建管道施工過程中遺留的固體雜質(zhì)，理論上在確保管道清潔以后就可以拆除。

錐形過濾器安裝在壓縮機(jī)入口兩個法蘭片之間，使用兩個金屬纏繞墊片，如圖6所示。由于拆卸后法蘭之間的間隙增大，拆卸、安裝可能對壓縮機(jī)對中造成影響，擔(dān)心雜質(zhì)進(jìn)入損壞壓縮機(jī)，所以管道企業(yè)一般在壓縮機(jī)組投產(chǎn)后都不進(jìn)行拆除。但是，這個錐形過濾器畢竟只是一個臨時過濾器，曾經(jīng)出現(xiàn)過過濾器損壞造成壓縮機(jī)振動的問題。雖然已在壓縮機(jī)組的招標(biāo)技術(shù)規(guī)格書中要求將該過濾器改為永久安裝形式，但廠家也可能不予采納。

因此，如果經(jīng)過評估，確認(rèn)工藝裝置區(qū)的管道已經(jīng)十分清潔，不會有雜質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)，就可以拆除錐形過濾器，只要制作一個與錐形過濾器安裝板厚度一致的補(bǔ)償鋼環(huán)即可；如果認(rèn)為仍有必要安裝入口錐形過濾器，且已安裝的過濾器不滿足要求，就應(yīng)該定制堅(jiān)固的永久過濾器進(jìn)行更換。

3.3 加載閥和放空閥的選型

RR機(jī)組配置的加載閥和放空閥是fisher公司的氣動調(diào)節(jié)閥，根據(jù)fisher閥門使用說明書，這種閥門的閥座密封性能是分級的。 RR為西氣東輸管道配置的閥門閥座的密封等級是Ⅳ級。根據(jù)ANSI/FCI70-2-2006 《 control valve seat leakage》 ,閥座的最大泄漏率為閥額定容量（ rated valve capacity）的0.01%。

調(diào)節(jié)閥額定容量的定義為：在規(guī)定條件下，利用適當(dāng)?shù)姆匠毯蛷S家的設(shè)置得到的額定行程下通過閥的流體流量。根據(jù)測算，試驗(yàn)條件下4吋放空閥泄漏量大約為35標(biāo)方/天。實(shí)際安裝條件下的泄漏量應(yīng)大于該數(shù)值。多臺機(jī)組、成年累月的泄漏量將十分可觀。

因此，使用調(diào)節(jié)閥形式的加載閥、放空閥，閥座密封等級應(yīng)選擇Ⅴ級以上，或選擇使用球閥。

3.4 壓縮機(jī)廠房的通風(fēng)

全封閉的壓縮機(jī)廠房采用機(jī)械通風(fēng)，當(dāng)達(dá)到通風(fēng)充分條件時，屬于1類2區(qū)爆炸危險區(qū)域；達(dá)不到通風(fēng)充分條件時，劃分為1類1區(qū)爆炸危險區(qū)域。由于廠房通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量沒有監(jiān)測，且廠房機(jī)械通風(fēng)機(jī)的額定風(fēng)壓在100mm水柱以下，在空氣濾芯贓污后，濾芯的差壓變化不大，但風(fēng)量會顯著減少，將不能滿足設(shè)計的6次/h通風(fēng)充分條件要求，廠房內(nèi)的環(huán)境條件發(fā)生變化，從1類2區(qū)變?yōu)?類1區(qū)。

因此，不僅要重視壓縮機(jī)組廠房通風(fēng)系統(tǒng)是否運(yùn)行的問題，還要重視通風(fēng)量不能滿足要求的問題。建議在通風(fēng)機(jī)出口設(shè)置通風(fēng)量檢測裝置。

3.5 報警參數(shù)設(shè)置

技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)提出的要求一般都是最低要求。潤滑油箱油位只有低報警設(shè)置，沒有低停車設(shè)置；干氣密封過濾器差壓只有高報警設(shè)置，沒有高停車設(shè)置等等。如果對相關(guān)參數(shù)報警設(shè)置有要求，應(yīng)在技術(shù)規(guī)格書中提出。

（作者：周書仲，西北工業(yè)大學(xué)航空發(fā)動機(jī)設(shè)計專業(yè)畢業(yè)，西氣東輸管道公司壓縮機(jī)管理處副處長，高級工程師。）

《管道保護(hù)》2016年第3期（總第28期）