周書(shū)仲

西氣東輸管道公司

壓縮機(jī)組是長(zhǎng)輸天然氣管道的“心臟”，我國(guó)使用的壓縮機(jī)組絕大多數(shù)都是從歐美國(guó)家引進(jìn)的產(chǎn)品，技術(shù)要求主要遵循美國(guó)行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。總體上來(lái)講，在壓縮機(jī)組的采購(gòu)、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(jì)上，可能存在一些差異。

本文主要對(duì)通用電氣公司（ GE）、羅爾斯·羅伊斯能源公司（ RR，現(xiàn)已被西門(mén)子公司收購(gòu)，本文仍使用RR稱(chēng)呼）和索拉公司（ SOLAR）生產(chǎn)的三種機(jī)組的不同點(diǎn)、存在問(wèn)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(duì)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(shuō)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(wèn)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(duì)應(yīng)，如圖1所示。因此，壓縮機(jī)進(jìn)出口法蘭中心線(xiàn)不在同一條直線(xiàn)上，且壓縮機(jī)進(jìn)出口軸線(xiàn)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(zhǎng)度也不相同。所以，在對(duì)壓縮機(jī)機(jī)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(duì)其進(jìn)行增加葉輪的改型。

同時(shí)， GE壓縮機(jī)的進(jìn)出口法蘭也會(huì)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(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(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(chǎng)房?jī)?nèi)氣流噪音比RR大。

1.2 潤(rùn)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(rùn)滑油回油依靠泵進(jìn)行抽吸。動(dòng)力渦輪和離心壓縮機(jī)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?xì)廨啓C(jī)使用的潤(rùn)滑油是合成潤(rùn)滑油，壓縮機(jī)使用的潤(rùn)滑油是礦物潤(rùn)滑油。因此，需要分設(shè)兩個(gè)潤(rùn)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(dòng)軸承，都是依靠重力自然回油，使用相同牌號(hào)的潤(rùn)滑油。所以， SOLAR公司的燃驅(qū)壓縮機(jī)組只有一套潤(rùn)滑油系統(tǒng)，整個(gè)機(jī)組的配置非常簡(jiǎn)單。

（2）冷卻方式

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

國(guó)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(hào)的潤(rùn)滑油，但由于燃?xì)廨啓C(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)使用的是回油冷卻方式，而壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油系統(tǒng)使用的是供油冷卻方式，所以難以合成一套潤(rùn)滑油系統(tǒng)。因此，仍然分設(shè)了兩個(gè)潤(rùn)滑油系統(tǒng)。

（3）主泵驅(qū)動(dòng)方式

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

RR機(jī)組的主潤(rùn)滑油泵是電機(jī)驅(qū)動(dòng)的。在外電波動(dòng)時(shí)，會(huì)造成潤(rùn)滑油壓力的波動(dòng)，可能會(huì)引起停機(jī)。因此，對(duì)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(cè)試判斷

在壓縮機(jī)進(jìn)行喘振測(cè)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(jī)喘振測(cè)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(jī)的喘振線(xiàn)在壓比-節(jié)流元件的差壓圖上接近一條直線(xiàn)。如果壓縮機(jī)進(jìn)行喘振測(cè)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(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接按照測(cè)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(duì)應(yīng)喘振點(diǎn)體積流量差與對(duì)應(yīng)喘振點(diǎn)體積流量的比值。一般壓縮機(jī)廠(chǎng)家設(shè)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(jī)組的工作區(qū)域范圍。

（4）運(yùn)行要求

廠(chǎng)家不允許壓縮機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生喘振，一旦探測(cè)到喘振就會(huì)立即停機(jī)。而man turbo公司則允許機(jī)組短時(shí)喘振，只是對(duì)機(jī)組喘振次數(shù)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(xiàn)壓縮機(jī)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(shè)備配套過(guò)程中所產(chǎn)生，也包括工藝設(shè)計(jì)方面的原因，這些問(wèn)題在現(xiàn)場(chǎng)難以整改或整改難度較大，因此在新設(shè)備采購(gòu)及新建壓氣站時(shí)應(yīng)盡可能避免。

2.1 GE機(jī)組箱體

通風(fēng)高溫問(wèn)題壓縮機(jī)組采購(gòu)技術(shù)規(guī)格書(shū)要求：“燃?xì)廨啓C(jī)運(yùn)行時(shí)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(guò) 60℃,在人員易接近的排放空氣的管道和其他能造成危險(xiǎn)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(guò)允許值。然而，GE公司供應(yīng)給西二線(xiàn)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(wèn)題的主要原因是GE沒(méi)有根據(jù)情況變化變更設(shè)計(jì)。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(rùn)滑油的冷卻器，對(duì)進(jìn)入箱體的空氣進(jìn)行了預(yù)加熱。對(duì)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(tǒng)阻力與風(fēng)量的平方成正比，開(kāi)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(duì)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(rùn)滑油問(wèn)題

GE在燃料氣處理撬上的分離器處設(shè)置了液位低報(bào)警和低停車(chē)控制信號(hào)。 GE對(duì)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(shí)液位降低會(huì)產(chǎn)生報(bào)警可以避免排污閥泄露導(dǎo)致天然氣泄露產(chǎn)生的危險(xiǎn)。在投產(chǎn)時(shí)，為消除液位低報(bào)警、停機(jī)信號(hào)， GE要求向燃料氣處理撬上的分離罐內(nèi)添加礦物潤(rùn)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(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(rùn)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(rùn)滑油后，潤(rùn)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(duì)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(hù)確保排污閥不存在泄露的情況下，不再添加潤(rùn)滑油，并去除液位低報(bào)警和停機(jī)信號(hào)。但保留液位高報(bào)警和高停機(jī)信號(hào)，確保在分離出太多的重組分情況下不會(huì)對(duì)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(mén)問(wèn)題

現(xiàn)在，壓縮機(jī)工藝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)主要采用集中空冷方式，壓縮機(jī)防喘振回路氣體沒(méi)有接到壓縮機(jī)的入口管線(xiàn)，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(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(jī)組的進(jìn)出口閥使用的快速關(guān)閉型閥門(mén)應(yīng)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(jì),而壓縮機(jī)的惰轉(zhuǎn)時(shí)間一般以分鐘計(jì)。

在正常情況下，可以通過(guò)設(shè)置控制程序，在壓縮機(jī)組的轉(zhuǎn)速降低到接近0時(shí)，再關(guān)閉機(jī)組的進(jìn)出口閥。但是，如果是進(jìn)口閥門(mén)出現(xiàn)誤關(guān)斷故障啟動(dòng)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(shí)，由于壓縮機(jī)進(jìn)口氣體無(wú)法得到及時(shí)補(bǔ)充，停機(jī)過(guò)程中就會(huì)產(chǎn)生喘振。而壓縮機(jī)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(zhǎng)達(dá)180s以上，就不會(huì)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(mén)，且使用集中空冷方式時(shí)，應(yīng)加裝熱旁通閥。

2.4 RR干氣密封系統(tǒng)配置不完善問(wèn)題

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

（ 2） GE 干氣密封系統(tǒng)的一級(jí)放空通過(guò)調(diào)節(jié)閥

進(jìn)行控制，保持一級(jí)放空出口即二級(jí)密封的工作壓力在0.2～0.3MPag左右。在二級(jí)干氣密封損壞后，一級(jí)放空氣體將通過(guò)二級(jí)密封放空進(jìn)行排放，一級(jí)放空背壓將無(wú)法保持。因此，能夠通過(guò)一級(jí)放空壓力變化判斷二級(jí)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(duì)RR公司的干氣密封系統(tǒng)的配置不完善問(wèn)題，建議：在二級(jí)放空管路上增加流量計(jì)量或可燃?xì)怏w探測(cè)裝置,或在一級(jí)放空管路上增加壓力控制閥，提高一級(jí)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(wú)法轉(zhuǎn)動(dòng)。

如果是個(gè)別導(dǎo)葉銹死，在下次啟機(jī)運(yùn)行時(shí)，可能會(huì)造成導(dǎo)葉搖臂彎曲變形，并且由于可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉開(kāi)度不一致，改變了流場(chǎng)分布，使得下一級(jí)動(dòng)葉在經(jīng)過(guò)銹死導(dǎo)葉區(qū)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(jī)械事故。如果絕大多數(shù)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉銹死，則會(huì)造成執(zhí)行機(jī)構(gòu)無(wú)法按照控制程序打開(kāi)可轉(zhuǎn)導(dǎo)葉，機(jī)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?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(dòng)作一次，以防生銹。

3.2 壓縮機(jī)入口過(guò)濾器是否繼續(xù)使用

壓縮機(jī)廠(chǎng)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(guò)濾器，且在技術(shù)建議書(shū)中強(qiáng)調(diào)為臨時(shí)過(guò)濾器。錐形過(guò)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(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(jī)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(duì)壓縮機(jī)對(duì)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(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(xiàn)過(guò)過(guò)濾器損壞造成壓縮機(jī)振動(dòng)的問(wèn)題。雖然已在壓縮機(jī)組的招標(biāo)技術(shù)規(guī)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(píng)估，確認(rèn)工藝裝置區(qū)的管道已經(jīng)十分清潔，不會(huì)有雜質(zhì)進(jìn)入壓縮機(jī)，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(bǔ)償鋼環(huán)即可；如果認(rèn)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(yīng)該定制堅(jiān)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(jī)組配置的加載閥和放空閥是fisher公司的氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥，根據(jù)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(jí)的。 RR為西氣東輸管道配置的閥門(mén)閥座的密封等級(jí)是Ⅳ級(jí)。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(chǎng)家的設(shè)置得到的額定行程下通過(guò)閥的流體流量。根據(jù)測(cè)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(tái)機(jī)組、成年累月的泄漏量將十分可觀(guān)。

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

3.4 壓縮機(jī)廠(chǎng)房的通風(fēng)

全封閉的壓縮機(jī)廠(chǎng)房采用機(jī)械通風(fēng)，當(dāng)達(dá)到通風(fēng)充分條件時(shí)，屬于1類(lèi)2區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域；達(dá)不到通風(fēng)充分條件時(shí)，劃分為1類(lèi)1區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。由于廠(chǎng)房通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)量沒(méi)有監(jiān)測(cè)，且廠(chǎng)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(huì)顯著減少，將不能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)的6次/h通風(fēng)充分條件要求，廠(chǎng)房?jī)?nèi)的環(huán)境條件發(fā)生變化，從1類(lèi)2區(qū)變?yōu)?類(lèi)1區(qū)。

因此，不僅要重視壓縮機(jī)組廠(chǎng)房通風(fēng)系統(tǒng)是否運(yùn)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(jī)出口設(shè)置通風(fēng)量檢測(cè)裝置。

3.5 報(bào)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(rùn)滑油箱油位只有低報(bào)警設(shè)置，沒(méi)有低停車(chē)設(shè)置；干氣密封過(guò)濾器差壓只有高報(bào)警設(shè)置，沒(méi)有高停車(chē)設(shè)置等等。如果對(duì)相關(guān)參數(shù)報(bào)警設(shè)置有要求，應(yīng)在技術(shù)規(guī)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(jī)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)畢業(yè)，西氣東輸管道公司壓縮機(jī)管理處副處長(zhǎng)，高級(jí)工程師。）

《管道保護(hù)》2016年第3期（總第28期）