大型天然气压缩机组互换式维修技术应用

马 云，刘 冰，徐先伟，高 洁

（吐哈油田公司机械厂，新疆哈密 839009）

0 引言

L7042GSI/2RDS-1压缩机组是油田公司天然气处理的核心设备，其关键维修技术涉及到机械维修、控制系统编程和通信组态、改造等多个领域，整机互换式维修作为压缩机组维修改造的核心技术之一，包含整机互换机械维修和控制系统改造等技术。掌握该技术对设备保养维修及机组故障排除具有重要意义。

1 整机互换式维修技术

整机互换式维修是将大修后的闲置部分匹配的压缩机组与故障机组整机互换的方式实现对故障机组的大修，同时对老旧落后淘汰控制系统全部更换升级。整机互换式维修技术包含整机互换式机械维修技术和控制系统改造技术。

（1）技术难点。整机互换式维修存在的技术难点：①整机互换匹配性较差，安装及对中难度大；②互换机组点火系统存在代差，需要硬件升级；③控制系统程序逻辑复杂，核心技术受厂家技术封锁；④控制系统硬件设计及硬件软件联调涉及面广，综合性强。

（2）技术优点。①相对传统大修作业，维修时间可缩短约75%；②对机组老旧子系统进行改造，机组运行效率可进一步提升；③控制系统硬件全面设计改造，控制系统故障率下降90%以上；④匹配落后的控制系统工艺，提高控制系统机组监控保护能力和自动化程度。

2 整机互换机械维修技术

2台机组的压缩端分属不同厂家，互换机组为动力端L7042GSI天然气发动机，参数对比如表1。整机机械互换，包括机械匹配安装调整、大型旋转设备对中、点火系统升级改造等。

表1 互换机组参数对比

2.1 机械匹配安装调整技术

膜片在联轴器中属于弹性元件，承受的载荷有离心、挤压、弯曲等交变应力，设备安装过程中需对联轴器的厚度进行调整，用以配合设备安装的实际需要。联轴器膜片传递转矩T，由简化条件可知：

（1）T单片=T/M。

（2）联轴器计算扭矩Tc=K×P×9550/n。

（3）联轴器扭矩裕度T变=T-Tc。

（4）联轴器膜片可减少片数m=T变/T单片。

（5）联轴器轴向减少的厚度A=b×m。

其中，T单片为单个膜片最大扭矩（N·m），M为膜片总数，K为工况系数，P为发动机功率（kW），n为发动机转速（r/min），b为单片膜片厚度（0.5 mm）。代入计算可得m=17片，A=8.5 mm。联轴器厚度应＜8.5 mm。

经过多次调整逐渐消除轴向偏差，通过减少联轴器厚度2 mm（膜片4片），消除了轴向偏差。调整后的联轴器参数，如表2。

表2 连轴器调整前后对比

2.2 激光对中技术

机组互换后，发动机对压缩机存在着轴向和径向偏差，过大的偏差会降低运行效率和曲轴等运动部件寿命，因此必须消除机组水平和垂直偏差。通过激光对中的时钟及3点法测量调整发动机支撑点位置和距离，将水平和垂直偏差控制在标准值以内，保证了轴线对中性。

2.3 点火系统升级技术

将落后的磁电机系统改造为基于数字化控制和工况调整的CEC（Custom Engine Control，点火控制系统）。CEC点火模块安装调整步骤为：①通过盘车查找右一缸上死点，盘车至点火提前角 18°BTDC（Btdcbefore Top Deed Center，上止点前）；②安装霍尔传感器和点火正时盘；③霍尔传感器调整安装，必须保证传感器与正时盘距离（0.45～0.75）mm；④正时盘调整安转并对中；⑤CEC点火系统配置安装。

2.4 油水加热系统改造技术

由于机组油水加热器系统功率小，布线不合理等导致冬季加热效果差，维护时间过长。通过设计30 kW油水加热器，优化发动机油水管线，增加PLC控制功能，使冬季加热油温和水温可维持在25℃左右。

3 控制系统改造技术

原系统为SLC5/04 PLC控制系统，改造后的系统是以A-B Compactlogix系列PLC为核心的下位机控制系统，同时增加信号隔离及通讯隔离保护系统，提高系统可靠性。改造后控制系统结构是：

（1）PLC采集机组现场运行数据，并通过逻辑关系控制机组的启停机、连锁报警等工艺过程。

（2）ESM（Engine System Manager,发动机系统管理器）是瓦克夏发动机的控制中枢，控制着发动机启停机控制、点火时序控制、转速控制、爆震控制、故障诊断、故障记录存储，以及发动机停机保护、空燃比控制等过程。

（3）NVI69-EMBS模块将PLC数据转化为modbus通信协议的网关系统。该模块实时读取发动机ESM数据，并将压缩机组数据通过485通信远距离传输至DCS系统。

3.1 机组启机程序设计

启机预润滑时间由瓦克夏ESP（Electronic Service Program，电子服务程序）软件设置，当机组进入润滑阶段时，首先检查机组的故障信号、控制柜按钮的位置等状态，30 s时检查进排气阀状态，90 s时检查机组油压，180 s控制ESM启机，240 s时检测运行状态。启机程序逻辑，如图1所示。

图1 启机逻辑结构

3.2 加载程序设定

（1）加载条件判断。加载条件为机组转速＞800 r/min，夹套水温度和压缩机油温＞30℃，且无报警，满足以上条件时当控制柜按钮在加载模式时，机组进入加载控制流程。

（2）加载位置位。加载位为程序控制回流阀的触发信号，当程序判断满足加载条件且无远程控制信号和停机信号时，该位置位自锁。

（3）控制加载阀。当加载位置位时，每1 s给加载阀程序控制变量加设定的加载阀增加量控制加载阀开度，加载阀开度根据工程量数据与加载阀程序控制变量的关系求得。

3.3 停机程序设计

（1）停机过程分3种情况：紧急停机、正常停机和预润滑下停机。紧急停机、预润滑下的停机直接使机组停机，无后润滑，正常停机需后润滑。ESM停机信号收到PLC低电平脉冲信号后会立刻执行停机动作。

图2 试验模式控制逻辑

（2）程序控制过程。PLC收到控制柜按钮停止指令后，正常停机信号置位，定时器计时并产生脉冲信号降转速，当机组处于加载时，正常停机信号解锁加载信号，PLC系统进入减载模式，若240 s内机组转速＜40 r/min则进入后润滑，反之正常停机脉冲置位，发动机停机。

3.4 测试模式程序设计

测试模式是在运行阶段将屏蔽故障信号以测试或修复现场传感器的模式。试验模式时间为300 s，双击复位按钮可复位试验模式。启动试验模式时，试验模式位置位，试验模式程序结构，如图2。在300 s内，维护人员需修复故障传感器进或对程序完成测试。

3.5 硬件检测程序设计

通过调用系统参数获取PLC各模块的运行状态并通过组态通信显示在HMI（Human Machine Interface，人机界面）上（图3），方便维护人员查看硬件运行情况及排除硬件故障。

4 结束语

掌握互换式维修和控制系统升级技术，可大幅缩短现场设备检修时间，提高机组维修效率和机组可靠性，降低了机组维护时间。

图3 PLC硬件状态的HMI显示

［1］温艳军，范玉涛.瓦克夏发动机控制器ESM信号远传改造［J］.化工自动化及仪表，2012（3）：427-429.

［2］李彩霞.L5794GSI燃气发动机的ESM系统及常见故障［J］.设备管理与维修，2015（2）：22.