周書(shū)仲

西氣東輸管道公司

壓縮機組是長(cháng)輸天然氣管道的“心臟”，我國使用的壓縮機組絕大多數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)標準�？傮w上來(lái)講，在壓縮機組的采購、運行、維護等方面，中外差距較小。而在壓縮機工藝系統的設計上，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，現已被西門(mén)子公司收購，本文仍使用RR稱(chēng)呼）和索拉公司（ SOLAR）生產(chǎn)的三種機組的不同點(diǎn)、存在問(wèn)題、注意事項進(jìn)行總結和分析，以期為企業(yè)保證設備的安全運行提供借鑒和參考。

1 各型機組的不同點(diǎn)

這里主要對壓縮機和其他配套系統存在的不同進(jìn)行分析，需要說(shuō)明的是，這些不同也都是符合相關(guān)標準要求的，不存在孰優(yōu)孰劣的問(wèn)題。

1.1 壓縮機結構

（1）GE壓縮機

機殼為鍛造機殼，桶式結構，在壓縮機機芯上制作了進(jìn)出口蝸殼，與壓縮機的進(jìn)出口法蘭孔相對應，如圖1所示。因此，壓縮機進(jìn)出口法蘭中心線(xiàn)不在同一條直線(xiàn)上，且壓縮機進(jìn)出口軸線(xiàn)間的距離因壓縮機機芯的不同而不同。壓縮機的外殼長(cháng)度也不相同。所以，在對壓縮機機芯進(jìn)行改造時(shí)，需要考慮這個(gè)尺寸。一般情況下，不適宜對其進(jìn)行增加葉輪的改型。

同時(shí)， GE壓縮機的進(jìn)出口法蘭也會(huì )根據流量的不同，采用不同的口徑。

（2） RR壓縮機

機殼為鑄造機殼，在機殼內鑄造有進(jìn)氣室和排氣室，分別與進(jìn)排氣法蘭連通，不需要在機芯上制作蝸殼，如圖2所示。壓縮機的進(jìn)出口法蘭中心線(xiàn)在同一條直線(xiàn)上，且都采用了36吋的接口。因此， RR壓縮機的機殼是統一的，機芯改型較為方便。

GE壓縮機的進(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25m/s,相應地廠(chǎng)房?jì)葰饬髟胍舯萊R大。

1.2 潤滑油系統

（1）回油方式

RR、 GE燃氣輪機是航改型燃機，燃氣發(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(dòng)力渦輪和離心壓縮機使用的是可傾瓦式滑動(dòng)軸承，回油是依靠重力自然回油。燃氣輪機使用的潤滑油是合成潤滑油，壓縮機使用的潤滑油是礦物潤滑油。因此，需要分設兩個(gè)潤滑油系統。

SOLAR公司的燃氣輪機是工業(yè)輕型燃氣輪機，燃氣輪機和壓縮機使用的都是滑動(dòng)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公司的燃驅壓縮機組只有一套潤滑油系統，整個(gè)機組的配置非常簡(jiǎn)單。

（2）冷卻方式

GE燃氣發(fā)生器潤滑油系統的冷卻方式是回油冷卻， RR燃氣發(fā)生器潤滑油系統的冷卻方式是供油冷卻。動(dòng)力渦輪和離心壓縮機潤滑油系統的冷卻方式是供油冷卻。

國產(chǎn)燃驅機組的燃氣輪機和壓縮機雖然使用相同牌號的潤滑油，但由于燃氣輪機潤滑油系統使用的是回油冷卻方式，而壓縮機的潤滑油系統使用的是供油冷卻方式，所以難以合成一套潤滑油系統。因此，仍然分設了兩個(gè)潤滑油系統。

（3）主泵驅動(dòng)方式

SOALR、 GE機組的主潤滑油泵（礦物油、合成油）采用機械驅動(dòng)，即由機組主軸驅動(dòng)。應急油泵采用直流電機驅動(dòng)的油泵。因此，通過(guò)優(yōu)化控制程序，機組可抵御外電波動(dòng)。

RR機組的主潤滑油泵是電機驅動(dòng)的。在外電波動(dòng)時(shí)，會(huì )造成潤滑油壓力的波動(dòng)，可能會(huì )引起停機。因此，對外電供電質(zhì)量要求較高。礦物油系統采用了高位油箱作為后備應急供油，可靠性更高。

1.3 防喘振控制

（1）喘振測試判斷

在壓縮機進(jìn)行喘振測試時(shí)，廠(chǎng)家一般都是憑借儀器和（或）聽(tīng)力判斷是否即將進(jìn)入喘振，而不會(huì )讓其真正進(jìn)入喘振狀態(tài)。但man turbo公司在進(jìn)行壓縮機喘振測試時(shí)，要直接聽(tīng)到喘振的聲音。

（2）喘振線(xiàn)形狀

理論上，壓縮機的喘振線(xiàn)在壓比-節流元件的差壓圖上接近一條直線(xiàn)。如果壓縮機進(jìn)行喘振測試時(shí)，僅憑借聽(tīng)力判斷是否將進(jìn)入喘振，會(huì )因人員、時(shí)間及環(huán)境等因素的影響，所得出的進(jìn)入喘振的時(shí)刻不同，幾個(gè)喘振點(diǎn)的連線(xiàn)就是一條折線(xiàn)，如圖3所示。 RR公司未對測試數據進(jìn)行處理，直接按照測試結果編程控制,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)等壓頭對應喘振點(diǎn)體積流量差與對應喘振點(diǎn)體積流量的比值。一般壓縮機廠(chǎng)家設定的防喘控制線(xiàn)的喘振裕度為10%， RR公司喘振控制線(xiàn)的喘振裕度為20%，減小了壓縮機組的工作區域范圍。

（4）運行要求

廠(chǎng)家不允許壓縮機在運行過(guò)程中發(fā)生喘振，一旦探測到喘振就會(huì )立即停機。而man turbo公司則允許機組短時(shí)喘振，只是對機組喘振次數進(jìn)行了限制，一般不得超過(guò)50次。

2 存在問(wèn)題及解決措施

在使用過(guò)程中發(fā)現壓縮機組存在一些影響安全的問(wèn)題，主要原因可能是廠(chǎng)家在設備配套過(guò)程中所產(chǎn)生，也包括工藝設計方面的原因，這些問(wèn)題在現場(chǎng)難以整改或整改難度較大，因此在新設備采購及新建壓氣站時(shí)應盡可能避免。

2.1 GE機組箱體

通風(fēng)高溫問(wèn)題壓縮機組采購技術(shù)規格書(shū)要求：“燃氣輪機運行時(shí)機罩內任何部位允許的最高溫度為 80℃。機罩外表面溫度不得超過(guò) 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加隔熱層�！蹦康氖潜Ｗo箱體內儀器儀表，使其工作環(huán)境溫度不超過(guò)允許值。然而，GE公司供應給西二線(xiàn)及此后一些工程的機組的箱體通風(fēng)出口溫度較高，有的已高于100℃。造成這一問(wèn)題的主要原因是GE沒(méi)有根據情況變化變更設計。具體原因是：設備本身散熱量大；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)行了預加熱。對于這一問(wèn)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(shuō)明的是，系統阻力與風(fēng)量的平方成正比，開(kāi)啟備用通風(fēng)機是不能有效增大通風(fēng)量的。

（ 2）應去除進(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(dòng)力渦輪增加隔熱措施。

2.2 GE燃料氣處理撬加注潤滑油問(wèn)題

GE在燃料氣處理撬上的分離器處設置了液位低報警和低停車(chē)控制信號。 GE對此的解釋是，必須保持分離器內有液位，在排污閥出現泄露時(shí)液位降低會(huì )產(chǎn)生報警可以避免排污閥泄露導致天然氣泄露產(chǎn)生的危險。在投產(chǎn)時(shí)，為消除液位低報警、停機信號， GE要求向燃料氣處理撬上的分離罐內添加礦物潤滑油或柴油。實(shí)際上，天然氣站場(chǎng)與GE燃料氣橇上情況類(lèi)似的地方還有很多，如：往復式壓縮機進(jìn)氣洗滌罐、工藝裝置區的分離器等。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，損壞設備。而在燃料氣橇內添加潤滑油后，潤滑油必然會(huì )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(huì )對設備造成傷害，但這與設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(hù)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信號。但保留液位高報警和高停機信號，確保在分離出太多的重組分情況下不會(huì )對機組造成影響。

2.3 壓縮機進(jìn)出口閥使用快速關(guān)閉型閥門(mén)問(wèn)題

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

壓縮機組的進(jìn)出口閥使用的快速關(guān)閉型閥門(mén)應該為故障關(guān)閉型。中低壓小口徑閥門(mén)使用氣動(dòng)型的，高壓大口徑閥門(mén)使用的是氣液聯(lián)動(dòng)型的。關(guān)閉時(shí)間一般以秒計,而壓縮機的惰轉時(shí)間一般以分鐘計。

在正常情況下，可以通過(guò)設置控制程序，在壓縮機組的轉速降低到接近0時(shí)，再關(guān)閉機組的進(jìn)出口閥。但是，如果是進(jìn)口閥門(mén)出現誤關(guān)斷故障啟動(dòng)的停機程序，就可能出現進(jìn)口閥先關(guān)閉，而機組后停機的情況。這時(shí)，由于壓縮機進(jìn)口氣體無(wú)法得到及時(shí)補充，停機過(guò)程中就會(huì )產(chǎn)生喘振。而壓縮機進(jìn)出口閥門(mén)如果使用電動(dòng)球閥，由于電動(dòng)球閥的關(guān)閉時(shí)間長(cháng)達180s以上，就不會(huì )出現這種情況。

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

2.4 RR干氣密封系統配置不完善問(wèn)題

（ 1） RR干氣密封系統的一級放空為無(wú)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(guò)孔板差壓進(jìn)行檢測，只設置了差壓高報警和差壓高停車(chē)信號，未設置差壓低報警。如果使用的串聯(lián)式干氣密封的二級密封出現損壞，檢測系統一般無(wú)法發(fā)現。因此，在一級密封放空無(wú)背壓的情況下，一些廠(chǎng)家在二級放空管路上增加了可燃氣體探測裝置，通過(guò)天然氣濃度的變化來(lái)發(fā)現二級密封的損壞；還有一些廠(chǎng)家在二級放空管路上也安裝流量測量裝置。

（ 2） GE 干氣密封系統的一級放空通過(guò)調節閥

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(guò)二級密封放空進(jìn)行排放，一級放空背壓將無(wú)法保持。因此，能夠通過(guò)一級放空壓力變化判斷二級密封的好壞。另外， GE干氣密封的供氣調節閥安裝了旁通孔板，在調節閥故障關(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的配置不完善問(wèn)題，建議：在二級放空管路上增加流量計量或可燃氣體探測裝置,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

3.1 燃氣輪機可轉導葉生銹卡死事實(shí)證明，在潮濕環(huán)境下，燃氣輪機停運期間可轉導葉轉軸處非常容易發(fā)生生銹，造成可轉導葉無(wú)法轉動(dòng)。

如果是個(gè)別導葉銹死，在下次啟機運行時(shí)，可能會(huì )造成導葉搖臂彎曲變形，并且由于可轉導葉開(kāi)度不一致，改變了流場(chǎng)分布，使得下一級動(dòng)葉在經(jīng)過(guò)銹死導葉區域時(shí)產(chǎn)生顫振。這種情況極易造成葉片損壞，釀成大的機械事故。如果絕大多數可轉導葉銹死，則會(huì )造成執行機構無(wú)法按照控制程序打開(kāi)可轉導葉，機組不能升速，無(wú)法進(jìn)行輸氣生產(chǎn)。

因此,在潮濕環(huán)境下安裝使用的燃氣輪機，建議在停機備用期間，每周設法使可轉導葉動(dòng)作一次，以防生銹。

3.2 壓縮機入口過(guò)濾器是否繼續使用

壓縮機廠(chǎng)家供貨一般都包括安裝在壓縮機入口短節內的錐形過(guò)濾器，且在技術(shù)建議書(shū)中強調為臨時(shí)過(guò)濾器。錐形過(guò)濾器的作用是，在壓縮機組運行初期阻擋新建管道施工過(guò)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(guò)濾器安裝在壓縮機入口兩個(gè)法蘭片之間，使用兩個(gè)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、安裝可能對壓縮機對中造成影響，擔心雜質(zhì)進(jìn)入損壞壓縮機，所以管道企業(yè)一般在壓縮機組投產(chǎn)后都不進(jìn)行拆除。但是，這個(gè)錐形過(guò)濾器畢竟只是一個(gè)臨時(shí)過(guò)濾器，曾經(jīng)出現過(guò)過(guò)濾器損壞造成壓縮機振動(dòng)的問(wèn)題。雖然已在壓縮機組的招標技術(shù)規格書(shū)中要求將該過(guò)濾器改為永久安裝形式，但廠(chǎng)家也可能不予采納。

因此，如果經(jīng)過(guò)評估，確認工藝裝置區的管道已經(jīng)十分清潔，不會(huì )有雜質(zhì)進(jìn)入壓縮機，就可以拆除錐形過(guò)濾器，只要制作一個(gè)與錐形過(guò)濾器安裝板厚度一致的補償鋼環(huán)即可；如果認為仍有必要安裝入口錐形過(guò)濾器，且已安裝的過(guò)濾器不滿(mǎn)足要求，就應該定制堅固的永久過(guò)濾器進(jìn)行更換。

3.3 加載閥和放空閥的選型

RR機組配置的加載閥和放空閥是fisher公司的氣動(dòng)調節閥，根據fisher閥門(mén)使用說(shuō)明書(shū)，這種閥門(mén)的閥座密封性能是分級的。 RR為西氣東輸管道配置的閥門(mén)閥座的密封等級是Ⅳ級。根據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%。

調節閥額定容量的定義為：在規定條件下，利用適當的方程和廠(chǎng)家的設置得到的額定行程下通過(guò)閥的流體流量。根據測算，試驗條件下4吋放空閥泄漏量大約為35標方/天。實(shí)際安裝條件下的泄漏量應大于該數值。多臺機組、成年累月的泄漏量將十分可觀(guān)。

因此，使用調節閥形式的加載閥、放空閥，閥座密封等級應選擇Ⅴ級以上，或選擇使用球閥。

3.4 壓縮機廠(chǎng)房的通風(fēng)

全封閉的壓縮機廠(chǎng)房采用機械通風(fēng)，當達到通風(fēng)充分條件時(shí)，屬于1類(lèi)2區爆炸危險區域；達不到通風(fēng)充分條件時(shí)，劃分為1類(lèi)1區爆炸危險區域。由于廠(chǎng)房通風(fēng)系統的通風(fēng)量沒(méi)有監測，且廠(chǎng)房機械通風(fēng)機的額定風(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(huì )顯著(zhù)減少，將不能滿(mǎn)足設計的6次/h通風(fēng)充分條件要求，廠(chǎng)房?jì)鹊沫h(huán)境條件發(fā)生變化，從1類(lèi)2區變?yōu)?類(lèi)1區。

因此，不僅要重視壓縮機組廠(chǎng)房通風(fēng)系統是否運行的問(wèn)題，還要重視通風(fēng)量不能滿(mǎn)足要求的問(wèn)題。建議在通風(fēng)機出口設置通風(fēng)量檢測裝置。

3.5 報警參數設置

技術(shù)標準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置，沒(méi)有低停車(chē)設置；干氣密封過(guò)濾器差壓只有高報警設置，沒(méi)有高停車(chē)設置等等。如果對相關(guān)參數報警設置有要求，應在技術(shù)規格書(shū)中提出。

（作者：周書(shū)仲，西北工業(yè)大學(xué)航空發(fā)動(dòng)機設計專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，西氣東輸管道公司壓縮機管理處副處長(cháng)，高級工程師。）

《管道保護》2016年第3期（總第28期）