活塞式天然气压缩机在沁水煤层气田的应用与改进

高德占 张 慧 王 晖 黄政华 马翔宇

(1.中国石油天然气股份有限公司山西煤层气勘探开发分公司,山西 048000;2.中国石油天然气股份有限公司华北油田煤层气成庄作业分公司,山西 048000)

1 DTY500型天然气压缩机组简介

DTY500型活塞式电驱压缩机在煤层气增压领域应用广泛。压缩机组主要组成部分由压缩机、电动机、联轴器、工艺气管路系统、冷却系统、润滑系统、仪表控制系统、空冷器、高位油箱部件、电加热器部件、底座等部件组成。主机部分为对称平衡型往复活塞式压缩机，主要由机体、十字头滑道体、气缸、气阀、曲轴、连杆、十字头、活塞、冷却系统、润滑系统等组成。两列汽缸头端设置有可调余隙容积缸，可根据需要调节排气量。

压缩缸进气压力为0.05～0.15MPaG，进气温度为3～25℃，排气压力为1.2～1.4MPa，单台机组排气量为10～12×104Nm/d，工艺流程见图1。

图1 压缩机工艺气流程

电动机启动后，通过联轴器驱动曲轴进行旋转运动，曲轴再通过压缩连杆带动十字头和压缩活塞进行直线运动(见图2)，压缩活塞在压缩缸内做往复运动而实现吸气、压缩的工作循环。

图2 DTY500型压缩机结构简图

2 运行中发现的问题

与常规天然气相比，煤层气中具有含粉煤灰等杂质，采出压力低的特点，导致压缩机频繁出现气阀异常磨损、活塞与缸套的频繁磨损超限；同时沁水盆地冬季温度相对较低，不利于压缩机的冬季运行，冬季易出现压缩机管线冻堵、仪表风冻堵导致的停机；由于运行工况与设计工况的不一致、润滑系统的不稳定性致使压缩机出现烧瓦烧轴的重大故障。

3 创新与优化措施

(1)优化管网工艺系统，降低杂质对压缩机运行的影响。煤层气中含有的微量粉煤灰及输气管线中含有的铁锈、尘土等杂质，堆积于气阀通道，填充于活塞与缸套间，加剧活塞式压缩机组的气阀组件、活塞组件磨损，并频繁的出现阀片、弹簧等易损件的损坏，针对此情况，进行了工艺系统优化，选用粉尘过滤器降低气体中所含杂质，过滤精度达到3μm，保证进入压缩机组气质清洁，减少压缩机故障停机时间，改造后，每年节约压缩机配件费用120万元以上。

(2)增加变频调速装置，降低压缩机冬季冻堵故障。沁水盆地区域冬季温度相对较低，部分增压站处于风口位置，尽管将压缩机风冷器百叶窗调制最小状态，压缩机仍频繁出现冻堵。针对此情况，对压缩机风冷器进行了变频改造，增加变频调速装置，可以根据温度变化随时调整风扇转速，有效降低冬季压缩机冻堵故障。

(3)开展压缩机润滑系统改造，降低重大故障风险。润滑不良引起的故障通常处理难度大，进口配件费用高，停机时间长，严重影响生产运行。压缩机启机前需经过手摇油泵泵油进行预润滑，防止启机瞬间由于干摩擦导致烧瓦、拉伤曲轴等故障发生。机组附带手摇油泵容易损坏，且手动注油效果差。机组多次因启机前润滑不良导致烧瓦、烧轴的重大故障，对15台压缩机进行油路改造，改造后压缩机预润滑由外循环泵带动进行，达到自动润滑的目的，花费很少的费用，解决了手动润滑可能产生的润滑不良发生。

(4)开展压缩机离线状态监测，延长大修时间。运用现代化工具及管理手段,对压缩机开展离线状态监测工作。通过以振动为主的故障诊断措施进行科学分析，结合现场维保检查结果，逐渐摸索，不断完善。根据监测结果重点检查与定期保养相结合，预测设备未来工作状态，实现压缩机组由事后维修向预知维修转变，由定期维修向有针对性维修转变，保证设备安全经济运行，压缩机平均大修周期为48000小时，部分压缩机运行超过50000小时未进行大修，现场运行平稳，无重大故障发生(见图3、4)。

(5)开展压缩机轴瓦温度监控优化改造。活塞式压缩机润滑异常、长期低于设计工况运行、因大修期延长零部件运行偏磨严重时，运行的轴瓦易在摩擦表面产生瞬间升温，导致轴瓦与曲轴烧毁，维修费用高，严重影响平稳输气。通过现场调研提出了加强主轴瓦温度监控防止重大故障发生的措施，通过在轴瓦部位加装温度传感器，将监测的运行温度与控制柜连锁，实时监测温度，异常时及时报警、停机。通过优化改造，延迟了设备重大部件更换时间，对压缩机重大故障进行预判，发现趋势变化明显时及时检修，防止出现烧瓦、烧轴、抱死等处理时间长、花费费用高的重大故障。

图4 曲轴箱驱动端振动趋势图

4 常见问题及排除方法

往复式压缩机易损件多、结构复杂，故障类型复杂，同时煤层气与天然气在开发上的差异性，导致煤层气活塞式压缩机故障多。针对压缩机投运以来发生的主要故障，梳理排除方法见表1。

表1 煤层气活塞式压缩机常见故障

续表

参 考 文 献

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