天然气压缩机组自控系统故障诊断技术研究

马云，李耀产，晁阳，刘福刚

(吐哈油田公司机械厂，新疆维吾尔族自治区 鄯善 838202)

0 引言

中石油吐哈油田鄯善采油厂5台天然气增压装置采用的是美国库伯公司16SGT/W74整体对置往复式压缩机组［1］。控制系统采用开环/闭环和电气转换控制。由于控制点多、控制方式落后，电气老化严重，导致机组故障率高，影响了天然气产量。自控检修技术可为压缩机组做出快速故障诊断，降低压缩机组停机率保证油田公司稳产、增产。

1 控制系统概述

压缩机组控制系统共有三个独立的子系统，其结构如图1所示，压缩机组过程控制由监控系统负责;转速系统，点火系统为动力端的控制系统，分别控制天然气发动机转速和不同缸的点火时序，以上三个子系统为自控自控系统检修对象。

图1 压缩机组控制系统结构图

1.1 监控系统

监控系统采用罗罗公司生产的FT50控制器，FT50采集的数据类型有温度信号，压力信号，震动信号，油位信号，转速信号共51个传感器。采集的数据最终由5个采集板卡送入FT50进行数据处理运算，状态监控，紧急停车。此外FT50还要处理控制柜面板手动输入信号。

FT50 输出信号(如图2所示)通过继电器弱电控强电的方式控制预润滑泵和空冷器，通过电气转换，将仪表风和启动风分别送入燃气启闭阀、启开阀和空气蝶阀中，FT50输出控制7个点。

图2 FT50输出控制信号图

1.2 转速系统

速系统使用ALTRONIC公司生产的GOV10电子调速器，其由电子转速调节阀和显示模块组成(如图3所示)，GOV10是通过检测压力和执行机构的脉冲来改变孔板大小以实现速度控制的［2］。

图3 GOV10电子调速器

1.3 点火系统

点火系统使用的是ALTRONIC公司生产的CPU90点火系统，其通过输入转速信号、相位信号、复位信号按照不同时序向发动机各缸点火。点火系统是整个控制系统故障率最高的控制系统。

2 自控系统故障诊断处理原则

压缩机组自控系统故障会导致机组停机，在检修前应该遵循的处理原则有:

(1)先动口，再动手。对于有故障的压缩机组电气设备，不应急于动手，应先询问产生故障的前后经过及故障现象。对于FT50这样生疏的设备，还应先熟悉电路原理和结构特点，遵守相应规则再诊断。

(2)先外后内。应先检查压缩机组电器有无明显裂痕、缺损，了解其维修史、使用年限等，然后再对机内进行检查。拆前应排除周边的故障因素，确定为机内故障后才能拆卸，否则盲目拆卸，可能将设备越修越坏。

(3)先机械后电气。压缩机组出现故障难以判断是机械故障还是电气故障，由于电气故障不明显、不直观，不容易检查出来［3］。当设备出现故障后，首先分析并观查是否有机械故障存在，只有在确定了无机械故障之后，再进行电气故障的排查。

(4)先清洁后维修。对于污染严重的机组电气设备，先对其按键，接触点，接线点进行清洁，检查外部控制键是否失灵。许多故障都是脏污及导电尘块引起的，一经清洗故障往往排除。

(5)先外围后内部。先不要急于更换损坏的电气部件，在确认外围设备电路正常时，再考虑更换损坏的电气部件。

(6)先排除故障后调试。对于调试和故障并存的电气设备，应先排除故障，再进行调试，调试必须在电气线路正常的前提下进行［4］。

以上6条处理原则是压缩机自控系统检修的重要原则，对缩短压缩机组自控系统故障诊断时间具有重要指导意义。

3 自控系统故障诊断方法

在检修过程中，故障源耗时耗力难以确定，其占到维修70%～90%的时间，合适的方法应用于相应故障现象的诊断，可取到事半功倍的效果［5］。在实践过程中总结了五种故障诊断方法。

3.1 顺序法

顺序法是按照信号发出顺序依次从底层向高层检修电气部件，排除故障部件。这种方法的优点是可以逐个排除故障点。缺点是当电气部件过多时，逐个诊断耗费时间。

图4 点火系统信号顺序图

顺序法常用于发动机缸温低故障诊断，如图4所示，从CPU90发出点火倒控制柜显示缸温，共有10个部件参与，检修时可从火花塞检测，检修流程如图5所示。

图5 缸温低故障诊断流程图

3.2 置换法

置换法是将相同部件互换位置，根据症状，找出故障电气部件的方法。典型应用是不同类型、板卡故障等。置换法常用于判断故障源是点火系统故障还是热电偶故障，在检修过程中，若控制柜显示1#缸温低，可通过对调1#缸和8#缸热电偶的方法来诊断故障源，对调后若显示8#缸温度低，则说明1#缸热电偶故障，若1#缸温度低则说明1#缸点火差。

3.3 干预法

干预法是强制给执行部件加信号，以此判断执行部件是否有故障的方法。此方法适用于FT50发出指令信号，但执行部件未执行动作，通过此方法可诊断出执行部件是否有故障。

干预法的典型应用就是判断空气蝶阀和燃气启动阀是否有故障。通过FLUKE753对IP转换器和燃气阀提供标准模拟信号和24 V电压，并且在空气蝶阀侧和燃气阀启动风侧加装机械压力表。若空气蝶阀和燃气阀没动作，则说明电磁阀故障;若启动风有压力则说明空气蝶阀和燃气阀有故障。

3.4 对象参考法

对象参考法是对控制部件参数、布局或接线不清楚的情况下，通过其他机组或相同部件参考解决。在检修过程中，拆解的接线或卡件过多，导致不知道怎样安装或者测量信号大小不知道数值都可用此方法去解决困难或故障。

3.5 仪表法

仪表法就是在控制量出现异常时，通过对信号的采集点上加以其他检测仪表来排除控制系统故障的方法。这种方法可以快速而有效的判断被检测设备是否有故障，从而缩小可能故障点。例如使用点火正时可以判断点火系统是否点火;用机械压力表装到压变三通上可以快速判断是否是压变故障;使用万用可快速检测热电偶及转速探头是否有故障。

4 解决的故障

通过以上故障诊断方法和故障处理原则解决了压缩机组控制系统的典型故障有:

(1)点火系统故障［6］。点火系统故障是整个系统故障率最高的故障点。通过顺序法、置换法和仪表法对点火系统各部件诊断最终可快速排出故障。

(2)转速波动大故障。转速波动大的可能原因有:燃气供应压力波动大;转速探头油污多;FT50转速采集模块故障，通过顺序法和仪表对各部件诊断，可排出或缩小故障点。

(3)虚报警故障。压缩机组虚报警是机组运行参数正常但监控系统显示出现故障报警。出现虚报警的原因有采集的数据失真或传感器故障，通过顺序法和仪表法可对虚报警做出快速诊断。

(4)无故障停机。控制系统设计缺陷，没有对转速波动大，燃气供应低、FT50死机，程序丢失，点火不正常做出判断。无故障停机是自控系统故障诊断的难点，需要将上述五种方法合理应用，方可解决故障。

(5)开机转速低故障。开机启动马达盘车转速过低导致CPU90不点火。此故障可能的原因有:(1)发动机卡阻(2)启动风的继电器有故障(3)启动风压低(4)继动阀未打开(5)气动马达有问题。可对上述故障点依次检查逐个排除故障。

5 结束语

压缩机组在天然气处理中发挥出越来越重要的作用，其自动化水平越高，结构系统就越复杂，其发生故障的概率也就越大，同时故障的复杂性就越高［7］。因此，对于压缩机组自控系统而言，必须要定期进行维护保养。本论文结合压缩机组自控系统的主要组成和故障成因，详细探讨了压缩机组自控系统的故障处理原则与故障诊断方法，对于提高压缩机组的状态监测和故障诊断水平，无论是在理论研究还是在实践应用方面都有较好的指导意义。

［1］刘帮文.16SGT/W74发动机缸套漏水故障分析与排查［J］.中国设备工程，2010，26(3):35-36.

［2］乔炜，张继超，刘帮文.GOV10电子调速器在Cooper天然气发动机上配套技术应用［J］.中国:化工装备，2012，14(3):20-24.

［3］彭毅.电气设备的常见维修方法与运用［J］.中国高新技术企业，2011，18(31):157-158.

［4］尙学彬.设备电气的维修与故障排除［J］.产业与科技论坛，2012，11(12):81-82.

［5］刘卫华，郁永章.往复压缩机故障诊断方法的研究［J］.压缩机技术，2001，39(1):3-5，12.

［6］仇雅莉.汽车点火系统故障诊断［J］.湖南交通科技，2014，9(3):154-156.

［7］沙印.机电一体化系统的故障诊断与维护管理［J］.湖北科学院技术学报，2013，10(33):13-14.