ＢＯＧ增壓壓縮機故障分析及處理

一、ＢＯＧ增壓壓縮機建設理由及設備概況由于ＬＮＧ（液化天然氣）的超低溫特性，ＬＮＧ接收站在運行期間會有一定量的ＢＯＧ產(chǎn)生，原因主要包括以下幾點：ＬＮＧ儲存過程中，儲罐與外界換熱、大氣壓變化、ＬＮＧ儲罐內潛液泵工作產(chǎn)生的熱量；低溫管道（如非卸船工況的卸船總管）與設備（如備用的低壓泵、高壓泵）保冷吸收的熱量；ＬＮＧ船接卸時，接卸系統(tǒng)預冷產(chǎn)生的熱量和ＬＮＧ進入儲罐后的體積置換；槽車裝車時ＬＮＧ進入槽車后的體積置換和熱車預冷產(chǎn)生的熱量等。ＢＯＧ的產(chǎn)生會增大ＬＮＧ儲罐的壓力，一般接收站采用節(jié)能環(huán)保的再冷凝工藝來處理ＢＯＧ以維持ＬＮＧ儲罐壓力平衡。再冷凝工藝是利用ＢＯＧ壓縮機將蒸發(fā)氣壓縮到某一中間壓力后，與由低壓泵從儲罐送出的ＬＮＧ在再冷凝器中充分混合，由于ＬＮＧ加壓后處于過冷狀態(tài)，可以使ＢＯＧ再冷凝，冷凝后的ＬＮＧ經(jīng)高壓泵加壓后氣化外輸。該工藝需要有一定的ＬＮＧ外輸量作為冷卻劑，適用于有穩(wěn)定外輸?shù)幕刹僮鞯模蹋危墙邮照?；對于以調峰為主的ＬＮＧ接收站，外輸量峰谷差可高達７０：１或更高，低谷時氣化外輸量可能低于再冷凝工藝需要的最低ＬＮＧ外輸量（有時甚至為零），條件允許的接收站可以把壓縮至某一中間壓力的ＢＯＧ直接外輸給當?shù)赜脩魜砥胶夤迚?；否則，接收站需要通過把ＢＯＧ放火炬燃燒來維持ＬＮＧ儲罐壓力的平衡。為適應低谷時外輸氣量大幅減小的工況，減少或杜絕ＢＯＧ放空燃燒，節(jié)約運行成本和減少碳排放，完善接收站工藝設施，唐山ＬＮＧ接收站增設了ＢＯＧ增壓外輸系統(tǒng)，蒸發(fā)氣在ＢＯＧ壓縮機壓縮的基礎上，進一步增壓至外輸管網(wǎng)壓力，實現(xiàn)ＢＯＧ增壓外輸，即直接外輸工藝，滿足了在外輸氣量較低或零氣化外輸工況下接收站的安全平穩(wěn)運行。唐山ＬＮＧ接收站ＢＯＧ增壓壓縮機采用ＭＷ－６７６／（７－８５）－Ｘ型固定水冷對稱平衡四列三級無油潤滑活塞往復式壓縮機。設計遵循ＡＰＩ６１８《石油、化工和氣體工業(yè)用往復壓縮機》、ＪＢ／Ｔ９１０５《大型往復活塞壓縮機技術條件》等相關標準規(guī)范的要求。增壓壓縮機采用三級壓縮，四列三級無油潤滑，一級２個氣缸，二級和三級各一個氣缸。氣量調節(jié)采用無極氣量調節(jié)系統(tǒng)。驅動機采用增安型無刷勵磁同步電動機，額定電壓６０００Ｖ，額定功率３４５０ｋＷ。二、增壓壓縮機異常故障及處理常見的往復壓縮機故障類型是多方面的。在壓縮機運行過程中，可能出現(xiàn)諸如氣閥閥片碎裂或彈簧變形與破碎、活塞桿彎曲或斷裂、活塞環(huán)磨損嚴重或斷裂、氣缸蓋破裂、曲軸抱死或斷裂、連桿斷裂和變形、連桿螺栓斷裂、燒瓦、電機線圈燒壞等故障。由于往復壓縮機運動件較多，大多數(shù)還是機械性能故障。唐山ＬＮＧ接收站增壓壓縮機于２０１５年６月建設施工完畢，截止撰文日期，累計運行時間達到２８３２１ｈ，基本實現(xiàn)了安全平穩(wěn)運行，較好的解決了接收站在氣化外輸量較低和零氣化外輸工況下ＢＯＧ處理問題。但在投運初期，陸續(xù)出現(xiàn)過一些意外故障，不同于往復壓縮機常見故障類型，由于發(fā)現(xiàn)及時、處理措施妥當，并未造成嚴重經(jīng)濟損失或安全事故，暫且稱為異常故障。２.１關鍵零部件松動（１）壓縮機一級后列氣缸的活塞桿與十字頭的連接液壓螺母松動。液壓螺母是先進的螺栓緊固系統(tǒng)，使用時應特別注意打壓環(huán)節(jié)，確保達到所需壓緊目的。增壓壓縮機組試運行期間，員工巡檢時發(fā)現(xiàn)一級后列氣缸的十字頭位置有異常噪聲，及時采取緊急停機措施，拆開隔離室蓋板，檢查發(fā)現(xiàn)活塞桿與十字頭連接處的液壓螺母松動，并造成活塞桿絲扣有些微偏磨。問題調查：施工隊伍在施工過程中，液壓螺母打壓時出現(xiàn)液壓壓力不穩(wěn)現(xiàn)象，但未及時引起重視，導致液壓螺母安裝壓力不足，預緊力不足，導致在運行過程中發(fā)生松動。原因分析：安裝液壓螺母打壓時出現(xiàn)液壓壓力不穩(wěn)現(xiàn)象，可能是打壓泵有輕微泄漏，導致壓力穩(wěn)不??；或手動泵右邊的卸荷開關手柄沒有鎖緊；或對放油接頭上面的放氣帽進行放氣不徹底，殘留氣體具有可壓縮性，導致壓力不穩(wěn)。處理方法：拆卸液壓螺母，經(jīng)研磨絲扣處理后不影響繼續(xù)使用，重新嚴格按照液壓螺母操作規(guī)程進行打壓操作，再次投用，此后此類故障未再次出現(xiàn)。（２）增壓壓縮機三級活塞頂固定螺栓斷裂?；钊考苫钊w、活塞桿、活塞環(huán)、導向環(huán)等構成，活塞頂是活塞體的外部端面，承受工作流體的壓力，并與缸蓋、缸壁構成壓縮容積，通過活塞的往復運動壓縮工藝氣體。增壓壓縮機運行期間，巡檢時聽到三級氣缸處發(fā)生異響，緊急停車、泄壓、置換、可燃氣體檢測合格后，拆卸三級氣缸缸蓋，發(fā)現(xiàn)氣缸內有２根活塞頂固定螺栓斷裂，活塞頂和氣缸端蓋上均有明顯螺栓撞擊痕跡。原因分析：固定螺栓松動脫出撞擊到缸蓋上發(fā)生斷裂，斷裂的螺栓隨著活塞運動連續(xù)敲打缸蓋，發(fā)出異常聲響，并留下撞擊痕跡。檢查未斷裂的其它螺栓均有不同程度的松動。處理方法：更換損壞的螺栓，并利用扭力扳手按照要求緊固所有活塞頂固定螺栓后，重新投用，設備運行正常。隨后每運行一個月檢查一次活塞頂螺栓情況，連續(xù)檢查２個月未發(fā)現(xiàn)異常。說明螺栓松動并斷裂并非是由于運行過程的振動造成的，而應該是出廠或運輸過程中螺栓未緊固到位或發(fā)生松動，２.２活塞環(huán)材質的問題增壓壓縮機運行約一個半月的時間，發(fā)現(xiàn)一級氣缸處有雜音，活塞桿下沉檢測報警，停機檢查發(fā)現(xiàn)一級氣缸的活塞上的活塞環(huán)和支撐環(huán)磨損嚴重。活塞環(huán)的作用是密封、傳熱?；钊c氣缸之間的相對運動完成氣體吸氣、壓縮與排氣的循環(huán)過程，活塞環(huán)的密封是阻塞密封和節(jié)流密封的組合。支撐環(huán)將活塞包支在氣缸內防止活塞與氣缸直接接觸，同時通過活塞環(huán)與支撐環(huán)將活塞的熱量傳遞給氣缸再經(jīng)循環(huán)冷卻水帶走。活塞環(huán)磨損過快，若不及時處理將導致壓縮機排量不足，效率降低、能耗增大，同時還可能導致活塞直接與氣缸摩擦，造成氣缸和活塞體的損壞。所以往復壓縮機日常運行中應加強對活塞環(huán)使用情況的關注，運行人員每２ｈ巡檢一次，投用初期每１個月停車檢查一次，一年后每２個月停車檢查一次，如發(fā)現(xiàn)溫度上升、壓力降低、活塞桿下沉檢測有明顯變化等現(xiàn)象，應進行綜合分析，必要時應停機對其檢查。針對活塞環(huán)磨損較快的故障現(xiàn)象，通過排除法分別對活塞環(huán)的產(chǎn)品質量、安裝質量，以及氣缸溫度、氣體雜質、設備維護保養(yǎng)情況等因素進行分析，確定為活塞環(huán)產(chǎn)品質量問題?；钊h(huán)要求表面硬度高，耐壓變形小，具有自潤滑性并且耐磨，導熱系數(shù)和摩擦因數(shù)較大，使用壽命長。本項目由于較多考慮了極限設計溫度（－３６.７℃）因素，而導致添加填料配比失當，從而導致磨損較快。實際壓縮機入口氣體溫度通常在－１０℃到１５℃之間，廠家據(jù)此重新調整配方，加工適合實際操作工況的的活塞環(huán)，現(xiàn)場更換后，活塞環(huán)的使用壽命提高到半年以上。２.３冷卻水系統(tǒng)的故障及隱患密封圈壓偏。壓縮機運行時，巡檢發(fā)現(xiàn)冷卻水高位水箱有氣泡出現(xiàn)，隨即停機吹掃對氣缸冷卻水密封圈進行拆開檢查，發(fā)現(xiàn)壓縮機一級后列氣缸冷卻水密封圈壓偏導致氣體泄漏。更換新的密封圈并正確安裝后，問題得到解決。碳鋼材質銹蝕嚴重。冷卻水系統(tǒng)存在的另一個問題是，由于管道材質使用了碳鋼材料，導致冷卻水在管道內銹蝕而產(chǎn)生銹渣，循環(huán)進入風冷式換熱器，該換熱器采用了全焊式鋁制板式結構，流通通徑小，容易堵塞而增大壓阻，造成冷卻水循環(huán)壓力不足的情況，同時銹蝕對鋁制換熱器的腐蝕也很嚴重。隨后改使用低濃度氯離子的防凍液并更換了新的換熱器，腐蝕情況得到控制。２.４振動較大隱患多壓縮機振動大而出現(xiàn)的問題的情況較多，所幸巡檢發(fā)現(xiàn)及時，處理措施得當，沒有造成重大損失。其中影響結構穩(wěn)定與安全的主要有：一級入口緩沖罐進氣端管道的一根固定螺栓被拉斷，發(fā)現(xiàn)后進行更換螺栓并緊固處理；一級氣缸支腿鋼板出現(xiàn)裂紋，停機后對其進行了補焊；出現(xiàn)與介質泄露相關的有：一級入口緩沖罐與氣缸連接短節(jié)下端發(fā)現(xiàn)裂紋，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后停機拆下短節(jié)，增加加強筋后回裝；一級入口緩沖罐和氣缸的連接短節(jié)上端法蘭接口處發(fā)現(xiàn)裂紋，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后停機采取補強焊接處理裂紋；二級和三級入口緩沖罐上的壓力表根閥后引壓管焊口處震裂出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，經(jīng)研究后，將壓力表的緩沖罐側面水平折垂直的安裝方式改變?yōu)轫敳看怪卑惭b方式，問題得到解決。往復壓縮機產(chǎn)生的脈動氣流，流經(jīng)彎頭、閥門、變徑管等部位時將產(chǎn)生隨時間周期性變化的激振力，該激振力將觸發(fā)管系的機械振動響應，因此通常認為氣流脈動是管道在非機械外力作用下的內因。往復壓縮機產(chǎn)生的管道振動是多因素共同作用下產(chǎn)生的表觀現(xiàn)象。消振措施主要從減少氣流脈動和減少管道對振動的放大作用兩方面采取措施：（１）增加限流孔板，消減氣流脈動的影響。氣流脈動是造成管道振動的內因，根據(jù)機組脈動分析報告，在管道或壓縮機緩沖罐入口安裝限流孔板，以消減氣流脈動的影響；（２）增加防振管托或支架，以降低脈動氣流對管系的影響。三、結語ＢＯＧ增壓壓縮機在接收站的應用，雖然過程中出現(xiàn)了一些異常情況，但在運行操作人員、檢維修人員及廠家技術人員的共同努力下，保證了壓縮機的安全運行，滿足了ＬＮＧ接收站ＢＯＧ再增壓外輸?shù)男枨?。為實現(xiàn)高質量發(fā)展的要求，提高設備可靠性，滿足設備長周期平穩(wěn)運行，按照設備完整性管理需求，需要從設計、施工、運行、維護等環(huán)節(jié)共同發(fā)力：（１）機組振動大造成壓縮機組及其配套管線問題出現(xiàn)較多，需要供貨商認真做好壓縮機組整個撬體的脈動分析工作，在設計時采取有效措施減小振動。（２）設備在法蘭連接或管線焊接時堅決杜絕強拉硬拽，避免應力集中，也是減少機組振動產(chǎn)生的關鍵。（３）設計時需根據(jù)增壓壓縮機實際操作工況正確選擇活塞環(huán)與支撐環(huán)的材質。（４）為防止管材腐蝕，建議冷卻水系統(tǒng)全部采用不銹鋼材質，同時用戶要注意冷卻水的含氯量，嚴格控制在廠家要求的范圍內。（５）投用前認真做好壓縮機機械運轉前的準備工作。包括但不限于檢查機身、氣缸內的清潔度；檢查各連接部件，保證螺栓擰緊牢固并鎖緊，避免出現(xiàn)密封墊圈壓偏、固定螺栓松動、液壓螺母打壓不