聶文，呂義超

(中石化天然氣榆濟(jì)管道分公司，山東 濟(jì)南 250000)

天然氣長輸管道需要在沿途建立增壓站，通過壓縮機(jī)多級壓縮，實(shí)現(xiàn)天然氣長距離輸送[1]。壓縮機(jī)站作為長輸管道的心臟，在天然氣輸送過程中扮演著重要角色。壓縮機(jī)組是壓氣站的核心[2]，目前離心式天然氣壓縮機(jī)以電機(jī)變頻驅(qū)動為主，離心式壓縮機(jī)通常具有轉(zhuǎn)速高、流量大、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、易損件少、連續(xù)工作等特點(diǎn)[3]。天然氣輸送環(huán)境屬于易燃、易爆場所，因此對于大型電機(jī)的防爆措施要求比較嚴(yán)格。壓縮機(jī)廠房內(nèi)為爆炸危險(xiǎn)場所1區(qū)[4]，當(dāng)機(jī)組檢修或長時(shí)間處于備用狀態(tài)時(shí)，外界環(huán)境中的可燃?xì)怏w可能進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，一旦因?yàn)槔@組絕緣降低或者其他原因產(chǎn)生火花，容易發(fā)生電機(jī)爆炸事故。為了防止事故的發(fā)生，可在電機(jī)外部安裝1套正壓通風(fēng)系統(tǒng)[5]，在電機(jī)啟動前利用來自空壓機(jī)的壓縮空氣對機(jī)體內(nèi)部進(jìn)行吹掃，并置換電機(jī)內(nèi)部的混合氣體，吹掃時(shí)間和置換的空氣量根據(jù)需要設(shè)定，吹掃完成后電機(jī)才可正常啟動。電機(jī)正常運(yùn)行期間在電機(jī)外罩內(nèi)部補(bǔ)充空氣，使電機(jī)內(nèi)部一直保持微正壓，從而使周圍環(huán)境的可燃?xì)怏w無法進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，起到防爆功能[6]。

1 電機(jī)正壓通風(fēng)系統(tǒng)

電驅(qū)壓縮機(jī)組防爆電機(jī)為正壓通風(fēng)型[7]，電機(jī)正壓通風(fēng)系統(tǒng)又稱為電機(jī)吹掃系統(tǒng)[8]，EEx p加壓系統(tǒng)是在1個(gè)EEx p電機(jī)外罩內(nèi)產(chǎn)生并維持超壓，防止環(huán)境中氣體的進(jìn)入。防爆電機(jī)可以與EEx p系統(tǒng)F-361.F4共同用于1區(qū)和2區(qū)爆炸危險(xiǎn)區(qū)域。在使用正壓外罩的情況下，可以達(dá)到EN 60079-2[9]規(guī)定的EEx P IIC T4類溫度組別。在操作時(shí)，可以提供環(huán)境溫度-20～+40 ℃的氣體。

正壓通風(fēng)系統(tǒng)主要借助機(jī)械閥門和電磁控制比例閥的組合來提供獨(dú)特的冗余機(jī)制，實(shí)現(xiàn)補(bǔ)償泄漏空氣的目的。該系統(tǒng)帶核心控制器，該控制器的作用是自動監(jiān)控并調(diào)節(jié)外罩內(nèi)的正壓，數(shù)字/比例閥提供設(shè)備保持正壓所需要的空氣。正壓通風(fēng)P/D原理如圖1所示。

圖1 正壓通風(fēng)P/D原理示意

2 電機(jī)正壓通風(fēng)系統(tǒng)的工作流程

正常操作中，控制機(jī)柜中的控制器會參照環(huán)境溫度按照設(shè)定值來監(jiān)控和調(diào)節(jié)EEx p外罩的內(nèi)部壓力。壓氣站SIEMENS電機(jī)型號為1SQ6716-4HS90-Z，其正壓通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)見表1所列。

表1 正壓通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)

電機(jī)正壓通風(fēng)系統(tǒng)的工作，可以分為3個(gè)步驟： 預(yù)吹掃—定時(shí)吹掃—泄漏補(bǔ)償模式，下面對每個(gè)步驟進(jìn)行詳細(xì)分析。

2.1 預(yù)吹掃過程

在正常環(huán)境溫度下，外罩內(nèi)部壓力增加，超過設(shè)置的最大壓力值，快速排氣閥會自動打開。當(dāng)內(nèi)部氣壓小于設(shè)定的最大值以后，快速排氣閥會再次關(guān)閉。預(yù)吹掃過程如圖2所示。

圖2 預(yù)吹掃過程示意

2.2 定時(shí)吹掃過程

定時(shí)吹掃過程如圖3所示，在連接壓力供氣裝置并打開主開關(guān)時(shí)，吹掃閥、比例電磁閥、出氣閥將被打開。吹掃過程中，來自空壓機(jī)的壓縮氣體通過吹掃電磁閥、比例電磁閥及自動補(bǔ)償閥進(jìn)入電機(jī)外罩，并從出氣閥排出，定時(shí)吹掃過程進(jìn)入以下步驟：

1)當(dāng)通過電機(jī)的壓縮空氣體積大于5倍的電機(jī)機(jī)殼內(nèi)部空間體積后，初始吹掃過程結(jié)束。

2)當(dāng)差壓流量計(jì)差壓值低于閾值0.1 kPa時(shí)，吹掃計(jì)時(shí)開始，此時(shí)數(shù)字顯示器上顯示剩余操作時(shí)間。

3)當(dāng)達(dá)到系統(tǒng)設(shè)定時(shí)間10 min后，控制器給出信號，吹掃出口閥關(guān)閉，系統(tǒng)會發(fā)出“吹掃完成”遠(yuǎn)傳信號至PLC中。

圖3 定時(shí)吹掃過程示意

2.3 泄漏補(bǔ)償模式

吹掃完成后，控制器中的繼電器會切斷吹掃閥的電源，吹掃閥關(guān)閉，同時(shí)出氣閥也會關(guān)閉。該一系列操作完成后，壓縮氣體只能通過泄漏補(bǔ)償閥和比例電磁閥進(jìn)入電機(jī)內(nèi)。當(dāng)正壓通風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)入泄漏補(bǔ)償模式后，電機(jī)殼體上設(shè)定的壓力監(jiān)測點(diǎn)將采集到的電機(jī)外殼壓力信號pmin反饋給正壓通風(fēng)系統(tǒng)，當(dāng)壓力低于系統(tǒng)設(shè)定值1.26 kPa時(shí)，系統(tǒng)重新進(jìn)入泄漏補(bǔ)償狀態(tài)，保持電機(jī)內(nèi)腔壓力始終高于外界。正壓通風(fēng)系統(tǒng)的泄漏補(bǔ)償模式如圖4所示。

圖4 泄漏補(bǔ)償模式示意

控制器的壓力開關(guān)實(shí)時(shí)監(jiān)測電機(jī)內(nèi)腔的正壓，如果壓力下降到預(yù)先設(shè)定的最小值以下時(shí)，控制器中的端子會自動打開，并發(fā)出相應(yīng)信號，關(guān)閉電機(jī)電源。為了防止吹掃過程中電機(jī)內(nèi)腔壓力波動導(dǎo)致的誤報(bào)警，控制器中的端子帶有5 s的脫出延時(shí)。

3 應(yīng)用案例

3.1 故障描述

2017年4月23日，某長輸管道壓氣站1號、2號壓縮機(jī)組電機(jī)出現(xiàn)正壓通風(fēng)壓力低報(bào)警，導(dǎo)致機(jī)組緊急停機(jī)；查看現(xiàn)場電機(jī)外罩內(nèi)工作壓力為1.26 kPa，壓力顯示正常。2017年5月1日，壓氣站1號、2號壓縮機(jī)組電機(jī)再次出現(xiàn)正壓通風(fēng)壓力低報(bào)警導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)事件。

3.2 故障原因分析

針對出現(xiàn)的正壓通風(fēng)壓力低報(bào)警，從以下4個(gè)方面進(jìn)行了分析：

1)來自空壓機(jī)的壓縮空氣壓力波動較大，電機(jī)外殼內(nèi)氣體壓力隨之變化，當(dāng)壓力低至開始吹掃壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)時(shí)，觸發(fā)了機(jī)組緊急停機(jī)。

2)循環(huán)水壓力變化大，電機(jī)內(nèi)部空氣冷卻效果不佳，氣體溫度忽高忽低直接導(dǎo)致壓力的變化幅度較大。

3)檢查電機(jī)內(nèi)壓力監(jiān)測管線是否正常、是否發(fā)生堵塞。

4)控制器設(shè)計(jì)參數(shù)設(shè)置不合理，導(dǎo)致正壓通風(fēng)氣體壓力出現(xiàn)變化。

3.3 處理措施

根據(jù)故障原因分析，采取以下措施預(yù)防正壓通風(fēng)系統(tǒng)產(chǎn)生的故障：

1)通過SCADA查看儀表風(fēng)壓力變化趨勢，保證停機(jī)點(diǎn)附近儀表風(fēng)壓力在0.68～0.73 MPa。

2)現(xiàn)場觀察循環(huán)水泵運(yùn)行情況，保證水泵運(yùn)行平穩(wěn)，使電機(jī)的循環(huán)水壓力在0.24～0.26 MPa，并處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3)拆卸壓力監(jiān)測管線，用儀表風(fēng)氣體進(jìn)行清洗，清除管內(nèi)雜質(zhì)。

4)查看控制器設(shè)置參數(shù)，使最小壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)壓力與正壓通風(fēng)設(shè)計(jì)參數(shù)保持一致。設(shè)置合理的壓力補(bǔ)償閥值，保障機(jī)組的正常運(yùn)行。同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行工況，將電機(jī)外罩內(nèi)正常工作壓力調(diào)整為1.6 kPa，控制器最大壓力轉(zhuǎn)換點(diǎn)保持2.5 kPa不變，降低壓力波動幅度大導(dǎo)致的停機(jī)風(fēng)險(xiǎn)。

通過調(diào)整正壓通風(fēng)系統(tǒng)3臺電機(jī)參數(shù)，隨后壓縮機(jī)運(yùn)行及試運(yùn)過程中，壓縮機(jī)組未出現(xiàn)正壓通風(fēng)壓力低報(bào)警導(dǎo)致的跳機(jī)事件發(fā)生。

為了保證電驅(qū)壓縮機(jī)組電機(jī)的安全運(yùn)行，必須加強(qiáng)對儀表風(fēng)系統(tǒng)、循環(huán)水系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等輔助系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)測，及時(shí)掌握壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)知機(jī)組隱患并做好預(yù)防性維護(hù)[10]，保障壓縮機(jī)各系統(tǒng)的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

4 結(jié)束語

正壓通風(fēng)系統(tǒng)是驅(qū)動壓縮機(jī)組電機(jī)的關(guān)鍵系統(tǒng)，關(guān)系到壓縮機(jī)組能否正常運(yùn)行，對壓氣站的安全生產(chǎn)有著重要意義。通過對某長輸管道壓氣站電機(jī)正壓通風(fēng)系統(tǒng)故障原因的分析，一方面找出故障原因，另一方面總結(jié)了類似問題的處理方法，為今后正壓通風(fēng)系統(tǒng)的故障處理提供了參考。