引言

膨脹壓縮機的主結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示,兩個葉輪背靠背安裝,分別為膨脹端和壓縮端。

高壓天然氣進入膨脹端,在膨脹過程中對葉輪做功的同時降低自身溫度,獲得更多分離液態(tài)產(chǎn)品的冷量,之后再進入壓縮端進行加壓,循環(huán)利用,達到降低能耗的目的[1]。機組正常轉(zhuǎn)速達25000r/min。

1膨脹壓縮機故障背景

該天然氣處理廠出現(xiàn)故障的膨脹壓縮機是加拿大PROPAK公司的FRAME2.5型壓縮機。此機組正常工作時,維持滑油罐內(nèi)外壓差(DPT-x40,設(shè)定值1030kPa)維持在1030kPa,壓力調(diào)節(jié)閥PV的調(diào)節(jié)開度大部分時間維持在30%~70%[2]。但在某次正常切換機組的過程中,在測試過程中出現(xiàn)了滑油壓差無法穩(wěn)定在1030kPa,不滿足啟機條件,導致無法啟機的情況。為此,對此故障展開了逐一排查。

2故障分析排查

2.1滑油系統(tǒng)排查

本次故障是滑油罐內(nèi)壓差無法維持,直接體現(xiàn)在壓縮機的滑油系統(tǒng),因此優(yōu)先對滑油系統(tǒng)進行排查,FRAME2.5型壓縮機的滑油系統(tǒng)簡圖如圖2所示。

針對滑油壓差無法穩(wěn)定的情況,對滑油系統(tǒng)部件進行了逐一排查,主要排查內(nèi)容如下。

2.1.1滑油液位偏低或管線發(fā)生泄漏

經(jīng)過現(xiàn)場排查,未發(fā)現(xiàn)有泄漏現(xiàn)象,液位也在正常高度,并且通過添加滑油(208L)排除了虛假液位的可能性。

2.1.2滑油泵入口Y濾臟堵、單向閥卡滯、截止閥閥芯損壞情況

(1)拆出Y型濾器,發(fā)現(xiàn)濾芯比較干凈,無臟堵現(xiàn)象:

(2)拆出單向閥進行檢查,狀態(tài)良好:

(3)拆檢截止閥閥芯,狀態(tài)良好。

2.1.3滑油泵損壞或其出口PsV關(guān)不嚴

(1)更換新的滑油泵測試,故障依然存在:

(2)拆除PSV并加盲板,啟動滑油泵進行測試,故障依然存在。

2.2密封氣供給壓力過大或不穩(wěn)

現(xiàn)場持續(xù)關(guān)注密封氣流量和壓力,每次測試時,二者都比較穩(wěn)定。

2.3儀控系統(tǒng)故障

2.3.1下游滑油回流流量調(diào)節(jié)閥故障

首先,對調(diào)節(jié)閥進行標定,狀態(tài)正常:其次,隔離此調(diào)節(jié)閥,利用該閥的旁通截止閥進行調(diào)節(jié),故障依然存在。

2.3.2壓力表、變送器等損壞

更換有問題的壓力表,標定變送器,故障依然存在。

2.4膨脹機轉(zhuǎn)子故障

膨脹機內(nèi)部滑油流道、迷宮密封、軸承及其他密封件損壞、失效,造成滑油壓差不穩(wěn),需更換膨脹機轉(zhuǎn)子,檢查內(nèi)部零部件是否發(fā)生損壞。

由于關(guān)于膨脹機附屬設(shè)備已基本排查完畢,因此可基本判斷本次故障是由膨脹機轉(zhuǎn)子故障引起的,現(xiàn)場隨即開展更換膨脹機轉(zhuǎn)子的工作。

3膨脹壓縮機轉(zhuǎn)子更換作業(yè)技術(shù)難點

(1)轉(zhuǎn)速高。

膨脹壓縮機轉(zhuǎn)速正常運行時為25000r/min,最高設(shè)計轉(zhuǎn)速達31000r/min,比SOLAR主機的轉(zhuǎn)速還高出1倍多。檢修過程稍有不慎,極易造成轉(zhuǎn)子損壞的事故。

(2)設(shè)備精密。

雖然膨脹壓縮機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到25000r/min,但是正常運行時其振動值只在5.1~10.2μm(0.20~0.40mi1),振動報警值為22.9μm(0.90mi1s)(1mi1=1/1000in)。

(3)尺寸精度高。

正是由于機組轉(zhuǎn)速高、設(shè)備精密,因此其安裝尺寸精度要求極高,比如轉(zhuǎn)子竄量要求在203.2~355.6μm(0.008~0.014in)范圍內(nèi),葉輪與導流器之間的間隙應嚴格控制在330.2~431.8μm(0.013~0.017in),否則會發(fā)生轉(zhuǎn)子磨損,甚至轉(zhuǎn)子破裂、損壞機組的事故。

4轉(zhuǎn)子更換作業(yè)

4.1隔離

現(xiàn)場施工作業(yè)前,對膨脹壓縮機A機進行能量隔離,包括工藝隔離、電氣隔離。電氣隔離后需要再次驗電確認,工藝隔離后需要泄壓排空。

4.2拆除機組附件

(1)拆除振動探頭、溫度探頭和轉(zhuǎn)速探頭的接線,拆除平衡閥、壓縮端排液管線。

(2)拆除壓縮端出口管線、進口管線及其短節(jié),并裝上盲板:拆下來的管線用吊車移到地面。

4.3拆除轉(zhuǎn)子總成

(1)拆除壓縮端葉輪擴散(導流)器,移開壓縮端蝸殼。

先拆除內(nèi)部儀表管,然后拆除擴散器鎖緊螺栓,在原螺栓孔位置插入兩根固定螺桿,取出擴散器,并做好標記、做好保護:拆除壓縮端蝸殼鎖緊螺栓,將蝸殼平移至支撐臺邊緣(在壓縮端方向搭個腳手架支撐點作為導鏈掛點,將蝸殼移出)。

(2)測量葉輪軸向竄量,并對轉(zhuǎn)子進行拆卸、吊裝。

驗證拆卸前轉(zhuǎn)子竄量是否在合適范圍,設(shè)備資料要求軸向竄量為203.2~355.6μm(0.008~0.014in)[本次實測原轉(zhuǎn)子竄量為635.0μm(0.025in),已超標]。拆除轉(zhuǎn)子鎖緊螺栓,緩慢移出轉(zhuǎn)子,移動角度不能太大,否則容易損壞膨脹端葉輪:在吊裝前,先將葉輪固定并保護好。

4.4回裝轉(zhuǎn)子

(1)檢查內(nèi)部膨脹端葉輪出口錐形導流管狀態(tài),無異常。

(2)校準噴嘴開度,檢查新轉(zhuǎn)子竄量。

使用塞尺測量噴嘴(執(zhí)行器正下方)最小開度進行測量,廠家推薦標準值為76.2~127.0μm(0.003~0.005in)[本次實測值為127.0μm(0.005in),在推薦范圍內(nèi)],廠家推薦噴嘴最大開度標準值為23114.0μm(0.91in)[本次實測值為23063.2μm(0.908in)]。轉(zhuǎn)子竄量檢查,其中設(shè)備資料要求軸向竄量為203.2~355.6μm(0.008~0.014in)[本次實測為254.0μm(0.010in),在標準范圍內(nèi)]。測量方式如圖3所示。

圖3噴嘴最小開度測量(左)及轉(zhuǎn)子竄量測量(右)

(3)膨脹端葉輪間隙調(diào)整。

安裝新轉(zhuǎn)子,通過墊片調(diào)節(jié),采用壓鉛絲的測量方法,把膨脹端葉輪間隙控制在330.2~431.8um(0.013~0.017in)。廠家推薦的膨脹端葉輪間隙控制在330.2~431.8um(0.013~0.017in),但是考慮到轉(zhuǎn)子竄量的影響,在測量時已將轉(zhuǎn)子向壓縮端移動,所以實測時需將轉(zhuǎn)子竄量254.0um(0.010in)加入,即其標準值應為584.2~685.8um(0.023~0.027in)[本次實測值為584.2um(0.023in),在標準值范圍內(nèi)]。

主要注意事項:壓鉛絲需要1209均勻分布在長導流片上,每個導流片均勻貼3個鉛絲,鉛絲布局方式與測量方法如圖4所示。

圖4鉛絲布局方式(左)與測量方法(右)

(4)安裝固定壓縮端蝸殼,注意與葉輪的同軸度。

注意事項:安裝蝸殼時注意保護轉(zhuǎn)子,防止磕碰。先將壓縮端蝸殼回裝,上緊螺母后,在蝸殼地腳處加上墊片。

(5)壓縮端葉輪間隙調(diào)整。

回裝壓縮端蝸殼后,用同樣的方法在葉輪上布上鉛絲,然后安裝擴散(導流)器,上緊(扭矩為20.3N·m)螺栓后再將其拆開,測量鉛絲數(shù)值,如果數(shù)值不對,通過墊片予以調(diào)整。廠家推薦范圍330.2~431.8um(0.013~0.017in),同樣考慮竄量的影響,其值應為584.2~685.8um(0.023~0.027in)[本次實測值為635.0um(0.025in),在標準值范圍內(nèi)]。

(6)安裝壓縮端入口短節(jié)及其濾器,安裝出口彎管以及進出口管線及機組附件。

5啟機測試

5.1滑油泵測試

(1)充壓正常后,啟動滑油泵A,將控制潤滑油進出膨脹機差壓穩(wěn)定在1030kPa?；筒顗赫{(diào)節(jié)閥開度在30%左右。

(2)滑油A泵測試正常后,再啟動滑油B泵,將控制潤滑油進出膨脹機差壓穩(wěn)定在1030kPa?；筒顗赫{(diào)節(jié)閥開度在30%左右。

(3)觀察膨脹機進口蝸殼的壓力。在大于0.5MPa(G)后打開殼體排氣閥,檢查有無液體排出,如果有則將液體排盡后關(guān)閉閥門。

(4)膨脹機增壓機旁通閥、增壓端入口閥應處于全開狀態(tài)。打開膨脹機、增壓機端進出口管道手動截止閥。

5.2膨脹壓縮機啟機測試

在所有報警聯(lián)鎖解除后,按下PLC柜的膨脹機啟動按鈕。將噴嘴開度調(diào)整為5%~10%。打開膨脹機進出口閥,打開膨脹機進口緊急切斷閥,仔細觀察主機啟動情況和轉(zhuǎn)速,逐漸開大噴嘴使轉(zhuǎn)速達到15000r/min,觀察各儀表10~30min判斷運轉(zhuǎn)是否正常(若有異常即關(guān)閉膨脹機進出口閥,待排除故障后再重新啟動),然后緩慢升速到設(shè)計值,保持3h,一切正常后再逐漸關(guān)閉壓縮機及膨脹機的旁通閥,并適當調(diào)整噴嘴開度,以維持適當?shù)倪M口壓力及轉(zhuǎn)速。

5.3主要運行數(shù)據(jù)

膨脹壓縮機穩(wěn)定運行后,將其主要參數(shù)與檢修前進行了對比,對比結(jié)果如表1所示。

由表1可以看出,經(jīng)過本次膨脹機轉(zhuǎn)子更換作業(yè),不僅膨脹機無法啟動故障得以排查,而且轉(zhuǎn)子的振動情況也得到明顯改善,尤其是壓縮端軸承振動由16.5um(0.65mi1)下降至8.9um(0.35mi1),說明本次膨脹機故障檢修作業(yè)效果良好。

6結(jié)語

本次膨脹機轉(zhuǎn)子更換,是橫琴終端繼s0LAR壓縮機解體檢修作業(yè)后又一次依靠自身技術(shù)力量完成的關(guān)鍵機組檢修作業(yè)。本次大修后,測試膨脹機各項參數(shù)正常,無法啟動故障得到解決,振動明顯降低,說明檢修效果良好,提升了制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性,有助于提升液態(tài)產(chǎn)品回收率,檢驗了橫琴終端近年來維修人員隊伍建設(shè)的水平,保障了終端安全生產(chǎn)。