黑沿子加气站压缩机组改造与应用

邓宝庆，俞洪桥，杨春城，王晓峰 （中石油冀东油田分公司能源公司，河北 唐山063000）

黑沿子加气站压缩机组改造与应用

邓宝庆，俞洪桥，杨春城，王晓峰 （中石油冀东油田分公司能源公司，河北 唐山063000）

介绍了黑沿子加气站投产初期，因为天然气气质较富，造成CNG压缩机在运行一段时间后，因为润滑效果差造成活塞环磨损断裂，机组排气量大幅度降低的问题。针对这些问题，制定了黑沿子加气母站压缩机组活塞环和缸套的改造方案，通过实际应用，证明所选的改造方案适用黑沿子加气母站的具体环境，压缩机组达到了设计要求。

加气站；压缩机；活塞环；缸套；改造；应用

1 黑沿子加气站简介

黑沿子加气站主要是针对CNG拉运拖车充装的加气母站，于2008年1月29日建成投产，设计加气能力24×104m3／d。加气站原料气来自冀东油田开发试验井组，站内主要生产装置包括进站调压、计量及分离装置，原料气干燥装置，CNG压缩机组等；辅助工艺装置包括发电机、闭式排放罐和天然气放散筒等；其他配套辅助系统包括：变配电、仪表自控、消防、给排水及其他配套辅助系统设施。工艺流程见图1，原料气组成见表1。

图1 黑沿子加气站工艺流程框图

表1 黑沿子加气站原料气组成表

黑沿子加气站的核心设备CNG压缩机组选用10台中石化江汉石油管理局第三机械厂生产的2D8-3.6／6-250型全风冷自动化橇装天然气压缩机组，机组为4级压缩，采用对称平衡型布局，机组设计点进气压力0.5MPa，排气量1100Nm3／h，电机功率191kW，最大活塞杆负荷6.1t。

进站的原料气首先调压到0.6MPa，经过计量装置计量后进入到原料气缓冲分离罐，再经撬装脱水装置深度脱水处理，水露点达到－80℃后进到压缩机增压。CNG拉运拖车充装压力20MPa，压缩机4级出口压力23MPa。

撬装脱水装置进口和出口设置10μm精密过滤器。压缩机进气口设置大容积前置分离器，二、三、四级进气口设置级间分离器，均采用过滤分离结构，分离精度≤7μm，分离效率99%。四级排气设置两级分离，平均分担分离负荷，发挥过滤器的最大分离效率。末级过滤器分离精度≤0.3μm，进口侧含油量5mg／m3左右，出口侧含油量可达到1mg／m3（小于所要求的2.5mg／m3左右）。末级过滤器滤材采用细级纤维，其余采用不锈钢编织丝网，滤芯用不锈钢网架作支撑。

2 投产初期压缩机组故障现象及分析

2.1 投产初期压缩机组故障现象

图2 改造前压缩机单机排气量和运行时间关系图

黑沿子加气站投入运行初期设备运行一切正常，压缩机组排气量能够达到设计要求。但在加气站运行大约1个月后，数台压缩机组出现排气量降低的现象，经过停机检查，发现机组三、四级气缸出现异常磨损，四级气缸尤其严重，磨损最严重的气缸比原设计值大了3mm，四级金属活塞环大多断裂。更换新的气缸和相应的活塞环后，初期压缩机组恢复正常，但是又在大约运行1个月后，同样的故障再次出现。改造前单机排气量和运行时间关系见图2。

2.2 故障现象分析

机组出现排气量降低的原因是高压级气缸的异常磨损［1］，导致四级高压气体泄漏至平衡腔，而后进入一级气缸进气口，造成一级气缸吸入气体减少，排气量降低。

3 出现故障的原因分析

机组出现故障的原因有：①原料气中含有较多的重烃组分，C3及以上组分含量达到了7.2mol%，重烃成分随着压缩过程中压力、温度的变化，析出凝析油，凝析油稀释了气缸润滑油，造成气缸润滑条件恶化，引起气缸异常磨损。②气缸套材料及热处理不理想，表面硬度偏低。③凝析油造成气缸润滑条件恶化，而金属活塞环又无自润滑性，造成气缸磨损。④气缸套的磨损变大，引起金属活塞环的断裂，加剧了气缸的磨损。⑤由于高压级金属活塞环的轴向尺寸很小，活塞环对气缸壁的比压过大，引起气缸磨损。

4 解决方案

通过对故障现象的认真分析，查找出了产生故障的原因，制定了可行的有针对性的解决方案。主要措施有：①选用非金属的Peek活塞环替代金属活塞环。Peek材料的活塞环耐温性能好，具有金属材料所不具有的自润滑性，解决因润滑不理想造成的气缸过度磨损问题。②考虑到非金属材料的强度极限，加大非金属活塞环的轴向尺寸，这样一来活塞环对气缸壁的比压降低低，气缸的磨损会减少。③气缸套材料采用专用渗氮钢38CrMoAl，表面渗氮热处理，表面硬度达950～1100HV，防止气缸套的异常磨损。④缩小各级间的排液间隔，加密排液次数。⑤加强脱水装置和过滤器的运行管理，确保脱水和过滤环节符合要求。

5 实际效果

首先按照以上方案改造了1台压缩机组，在同样的生产条件下运行了600h，改造机组没有出现排气量明显下降的情况 （图3）。经解体检查，各级活塞环和气缸没有出现异常磨损，而在同样条件下运行的没有改造的机组依然存在前述问题。由此可以确定，对机组的改造方案抓住了产生问题的真正原因，改造方案是成功的。

此后对其余机组陆续进行了改造，均获得了成功。在以后气源上游建成天然气处理厂后，原料气中重烃组分大大降低，改造后的压缩机组在新的气质条件下依然运行正常。

图3 改造后压缩机单机排气量和运行时间关系图

6 结 论

1）通过选用具有自润滑性的非金属Peek活塞环和增加气缸套的表面硬度，成功解决了因凝析油造成润滑效果下降，使活塞环和气缸套磨损，机组排气量降低的故障。

2）机组改造的成功为类似工艺条件下CNG充装作业提供了很好的借鉴。

［1］沈庆根，郑水英.设备故障诊断 ［M］.北京：化学工业出版社，2007.

Reconstruction of Compressor Assembly Used in Heiyanze Gas Station and Its Application

DENG Bao-qing，YU Hong－qiao，YANG Chun-cheng，WANG Xiao-feng（First Author’s Address：Energy Resources Company，Jidong Oilfield Company，CNPC，Tangshan063000，Hebei，China）

The problems of piston ring worn and breaking and serious reduction of discharging gas volume were introduced，which were induced by poor lubrication effect of CNG compressor used in Heiyanzi Gas Station because of enrichment of gas at the initial stage of production.In consideration of the problems，a scheme is established for reconstructing the piston and liner in the compressor assembly of Heiyanzi Gas Station.Application shows that the chosen scheme is appropriate for the concrete environment of the station，it can meet the requirement of design.

CNG station；compressor；piston ring；liner；reconstruction；application

TE972.1

A

1000-9752（2012）10-0153-03

2012-08-22

邓宝庆 （1968-），男，1991年江汉石油学院毕业，高级工程师，现主要从事油田开发和集输专业的管理工作。

［编辑］ 苏开科