尹 瞳

(中石油京唐液化天然氣有限公司，河北 唐山 063000)

1 BOG增壓壓縮機(jī)建設(shè)理由及設(shè)備概況

由于LNG(液化天然氣)的超低溫特性，LNG接收站在運(yùn)行期間會(huì)有一定量的BOG產(chǎn)生，原因主要包括以下幾點(diǎn)：LNG儲(chǔ)存過程中，儲(chǔ)罐與外界換熱、大氣壓變化、LNG儲(chǔ)罐內(nèi)潛液泵工作產(chǎn)生的熱量；低溫管道(如非卸船工況的卸船總管)與設(shè)備(如備用的低壓泵、高壓泵)保冷吸收的熱量；LNG船接卸時(shí)，接卸系統(tǒng)預(yù)冷產(chǎn)生的熱量和LNG進(jìn)入儲(chǔ)罐后的體積置換；槽車裝車時(shí)LNG進(jìn)入槽車后的體積置換和熱車預(yù)冷產(chǎn)生的熱量等。BOG的產(chǎn)生會(huì)增大LNG儲(chǔ)罐的壓力，一般接收站采用節(jié)能環(huán)保的再冷凝工藝來處理BOG以維持LNG儲(chǔ)罐壓力平衡。再冷凝工藝是利用BOG壓縮機(jī)將蒸發(fā)氣壓縮到某一中間壓力后，與由低壓泵從儲(chǔ)罐送出的LNG在再冷凝器中充分混合，由于LNG加壓后處于過冷狀態(tài)，可以使BOG再冷凝，冷凝后的LNG經(jīng)高壓泵加壓后氣化外輸。該工藝需要有一定的LNG外輸量作為冷卻劑，適用于有穩(wěn)定外輸?shù)幕刹僮鞯腖NG接收站；對(duì)于以調(diào)峰為主的LNG接收站，外輸量峰谷差可高達(dá)70：1或更高，低谷時(shí)氣化外輸量可能低于再冷凝工藝需要的最低LNG外輸量(有時(shí)甚至為零)，條件允許的接收站可以把壓縮至某一中間壓力的BOG直接外輸給當(dāng)?shù)赜脩魜砥胶夤迚?；否則，接收站需要通過把BOG放火炬燃燒來維持LNG儲(chǔ)罐壓力的平衡。為適應(yīng)低谷時(shí)外輸氣量大幅減小的工況，減少或杜絕BOG放空燃燒，節(jié)約運(yùn)行成本和減少碳排放，完善接收站工藝設(shè)施，唐山LNG接收站增設(shè)了BOG增壓外輸系統(tǒng)，蒸發(fā)氣在BOG壓縮機(jī)壓縮的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步增壓至外輸管網(wǎng)壓力，實(shí)現(xiàn)BOG增壓外輸，即直接外輸工藝，滿足了在外輸氣量較低或零氣化外輸工況下接收站的安全平穩(wěn)運(yùn)行。

唐山LNG接收站BOG增壓壓縮機(jī)采用MW-67.6/(7-85)-X 型固定水冷對(duì)稱平衡四列三級(jí)無油潤滑活塞往復(fù)式壓縮機(jī)。設(shè)計(jì)遵循API618《石油、化工和氣體工業(yè)用往復(fù)壓縮機(jī)》、JB/T9105《大型往復(fù)活塞壓縮機(jī)技術(shù)條件》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求。增壓壓縮機(jī)采用三級(jí)壓縮，四列三級(jí)無油潤滑，一級(jí)2個(gè)氣缸，二級(jí)和三級(jí)各一個(gè)氣缸。氣量調(diào)節(jié)采用無極氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)。驅(qū)動(dòng)機(jī)采用增安型無刷勵(lì)磁同步電動(dòng)機(jī)，額定電壓6000 V，額定功率3450 kW。

2 增壓壓縮機(jī)異常故障及處理

常見的往復(fù)壓縮機(jī)故障類型是多方面的。在壓縮機(jī)運(yùn)行過程中，可能出現(xiàn)諸如氣閥閥片碎裂或彈簧變形與破碎、活塞桿彎曲或斷裂、活塞環(huán)磨損嚴(yán)重或斷裂、氣缸蓋破裂、曲軸抱死或斷裂、連桿斷裂和變形、連桿螺栓斷裂、燒瓦、電機(jī)線圈燒壞等故障。由于往復(fù)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)件較多，大多數(shù)還是機(jī)械性能故障[1]。唐山LNG接收站增壓壓縮機(jī)于2015年6月建設(shè)施工完畢，截止撰文日期，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間達(dá)到28321 h，基本實(shí)現(xiàn)了安全平穩(wěn)運(yùn)行，較好的解決了接收站在氣化外輸量較低和零氣化外輸工況下BOG處理問題。但在投運(yùn)初期，陸續(xù)出現(xiàn)過一些意外故障，不同于往復(fù)壓縮機(jī)常見故障類型，由于發(fā)現(xiàn)及時(shí)、處理措施妥當(dāng)，并未造成嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失或安全事故，暫且稱為異常故障。

2.1 關(guān)鍵零部件松動(dòng)

(1)壓縮機(jī)一級(jí)后列氣缸的活塞桿與十字頭的連接液壓螺母松動(dòng)。液壓螺母是先進(jìn)的螺栓緊固系統(tǒng)，使用時(shí)應(yīng)特別注意打壓環(huán)節(jié)，確保達(dá)到所需壓緊目的。

增壓壓縮機(jī)組試運(yùn)行期間，員工巡檢時(shí)發(fā)現(xiàn)一級(jí)后列氣缸的十字頭位置有異常噪聲，及時(shí)采取緊急停機(jī)措施，拆開隔離室蓋板，檢查發(fā)現(xiàn)活塞桿與十字頭連接處的液壓螺母松動(dòng)，并造成活塞桿絲扣有些微偏磨。問題調(diào)查：施工隊(duì)伍在施工過程中，液壓螺母打壓時(shí)出現(xiàn)液壓壓力不穩(wěn)現(xiàn)象，但未及時(shí)引起重視，導(dǎo)致液壓螺母安裝壓力不足，預(yù)緊力不足，導(dǎo)致在運(yùn)行過程中發(fā)生松動(dòng)。原因分析：安裝液壓螺母打壓時(shí)出現(xiàn)液壓壓力不穩(wěn)現(xiàn)象，可能是打壓泵有輕微泄漏，導(dǎo)致壓力穩(wěn)不?。换蚴謩?dòng)泵右邊的卸荷開關(guān)手柄沒有鎖緊；或?qū)Ψ庞徒宇^上面的放氣帽進(jìn)行放氣不徹底，殘留氣體具有可壓縮性，導(dǎo)致壓力不穩(wěn)。處理方法：拆卸液壓螺母，經(jīng)研磨絲扣處理后不影響繼續(xù)使用，重新嚴(yán)格按照液壓螺母操作規(guī)程進(jìn)行打壓操作，再次投用，此后此類故障未再次出現(xiàn)。

(2)增壓壓縮機(jī)三級(jí)活塞頂固定螺栓斷裂?；钊考苫钊w、活塞桿、活塞環(huán)、導(dǎo)向環(huán)等構(gòu)成，活塞頂是活塞體的外部端面，承受工作流體的壓力，并與缸蓋、缸壁構(gòu)成壓縮容積，通過活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)壓縮工藝氣體[2]。

增壓壓縮機(jī)運(yùn)行期間，巡檢時(shí)聽到三級(jí)氣缸處發(fā)生異響，緊急停車、泄壓、置換、可燃?xì)怏w檢測合格后，拆卸三級(jí)氣缸缸蓋，發(fā)現(xiàn)氣缸內(nèi)有2根活塞頂固定螺栓斷裂，活塞頂和氣缸端蓋上均有明顯螺栓撞擊痕跡。原因分析：固定螺栓松動(dòng)脫出撞擊到缸蓋上發(fā)生斷裂，斷裂的螺栓隨著活塞運(yùn)動(dòng)連續(xù)敲打缸蓋，發(fā)出異常聲響，并留下撞擊痕跡。

檢查未斷裂的其它螺栓均有不同程度的松動(dòng)。處理方法：更換損壞的螺栓，并利用扭力扳手按照要求緊固所有活塞頂固定螺栓后，重新投用，設(shè)備運(yùn)行正常。隨后每運(yùn)行一個(gè)月檢查一次活塞頂螺栓情況，連續(xù)檢查2個(gè)月未發(fā)現(xiàn)異常。說明螺栓松動(dòng)并斷裂并非是由于運(yùn)行過程的振動(dòng)造成的，而應(yīng)該是出廠或運(yùn)輸過程中螺栓未緊固到位或發(fā)生松動(dòng)，設(shè)備現(xiàn)場安裝時(shí)又未對(duì)關(guān)鍵部位進(jìn)行檢查所致。

2.2 活塞環(huán)材質(zhì)的問題

增壓壓縮機(jī)運(yùn)行約一個(gè)半月的時(shí)間，發(fā)現(xiàn)一級(jí)氣缸處有雜音，活塞桿下沉檢測報(bào)警，停機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)一級(jí)氣缸的活塞上的活塞環(huán)和支撐環(huán)磨損嚴(yán)重?；钊h(huán)的作用是密封、傳熱。活塞與氣缸之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)完成氣體吸氣、壓縮與排氣的循環(huán)過程，活塞環(huán)的密封是阻塞密封和節(jié)流密封的組合。支撐環(huán)將活塞包支在氣缸內(nèi)防止活塞與氣缸直接接觸，同時(shí)通過活塞環(huán)與支撐環(huán)將活塞的熱量傳遞給氣缸再經(jīng)循環(huán)冷卻水帶走[3]。

活塞環(huán)磨損過快，若不及時(shí)處理將導(dǎo)致壓縮機(jī)排量不足，效率降低、能耗增大，同時(shí)還可能導(dǎo)致活塞直接與氣缸摩擦，造成氣缸和活塞體的損壞[4]。所以往復(fù)壓縮機(jī)日常運(yùn)行中應(yīng)加強(qiáng)對(duì)活塞環(huán)使用情況的關(guān)注，運(yùn)行人員每2 h巡檢一次，投用初期每1個(gè)月停車檢查一次，一年后每2個(gè)月停車檢查一次，如發(fā)現(xiàn)溫度上升、壓力降低、活塞桿下沉檢測有明顯變化等現(xiàn)象，應(yīng)進(jìn)行綜合分析，必要時(shí)應(yīng)停機(jī)對(duì)其檢查。針對(duì)活塞環(huán)磨損較快的故障現(xiàn)象，通過排除法分別對(duì)活塞環(huán)的產(chǎn)品質(zhì)量、安裝質(zhì)量，以及氣缸溫度、氣體雜質(zhì)、設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)情況等因素進(jìn)行分析，確定為活塞環(huán)產(chǎn)品質(zhì)量問題?；钊h(huán)要求表面硬度高，耐壓變形小，具有自潤滑性并且耐磨，導(dǎo)熱系數(shù)和摩擦因數(shù)較大，使用壽命長。本項(xiàng)目由于較多考慮了極限設(shè)計(jì)溫度(-36.7 ℃)因素，而導(dǎo)致添加填料配比失當(dāng)，從而導(dǎo)致磨損較快。實(shí)際壓縮機(jī)入口氣體溫度通常在-10 ℃到15 ℃之間，廠家據(jù)此重新調(diào)整配方，加工適合實(shí)際操作工況的的活塞環(huán)，現(xiàn)場更換后，活塞環(huán)的使用壽命提高到半年以上。

2.3 冷卻水系統(tǒng)的故障及隱患

密封圈壓偏。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，巡檢發(fā)現(xiàn)冷卻水高位水箱有氣泡出現(xiàn)，隨即停機(jī)吹掃對(duì)氣缸冷卻水密封圈進(jìn)行拆開檢查，發(fā)現(xiàn)壓縮機(jī)一級(jí)后列氣缸冷卻水密封圈壓偏導(dǎo)致氣體泄漏。更換新的密封圈并正確安裝后，問題得到解決。

碳鋼材質(zhì)銹蝕嚴(yán)重。冷卻水系統(tǒng)存在的另一個(gè)問題是，由于管道材質(zhì)使用了碳鋼材料，導(dǎo)致冷卻水在管道內(nèi)銹蝕而產(chǎn)生銹渣，循環(huán)進(jìn)入風(fēng)冷式換熱器，該換熱器采用了全焊式鋁制板式結(jié)構(gòu)，流通通徑小，容易堵塞而增大壓阻，造成冷卻水循環(huán)壓力不足的情況，同時(shí)銹蝕對(duì)鋁制換熱器的腐蝕也很嚴(yán)重。隨后改使用低濃度氯離子的防凍液并更換了新的換熱器，腐蝕情況得到控制。

2.4 振動(dòng)較大隱患多

壓縮機(jī)振動(dòng)大而出現(xiàn)的問題的情況較多，所幸巡檢發(fā)現(xiàn)及時(shí)，處理措施得當(dāng)，沒有造成重大損失。其中影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與安全的主要有：一級(jí)入口緩沖罐進(jìn)氣端管道的一根固定螺栓被拉斷，發(fā)現(xiàn)后進(jìn)行更換螺栓并緊固處理；一級(jí)氣缸支腿鋼板出現(xiàn)裂紋，停機(jī)后對(duì)其進(jìn)行了補(bǔ)焊；出現(xiàn)與介質(zhì)泄露相關(guān)的有：一級(jí)入口緩沖罐與氣缸連接短節(jié)下端發(fā)現(xiàn)裂紋，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后停機(jī)拆下短節(jié)，增加加強(qiáng)筋后回裝；一級(jí)入口緩沖罐和氣缸的連接短節(jié)上端法蘭接口處發(fā)現(xiàn)裂紋，出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)后停機(jī)采取補(bǔ)強(qiáng)焊接處理裂紋；二級(jí)和三級(jí)入口緩沖罐上的壓力表根閥后引壓管焊口處震裂出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，經(jīng)研究后，將壓力表的緩沖罐側(cè)面水平折垂直的安裝方式改變?yōu)轫敳看怪卑惭b方式，問題得到解決。

往復(fù)壓縮機(jī)產(chǎn)生的脈動(dòng)氣流，流經(jīng)彎頭、閥門、變徑管等部位時(shí)將產(chǎn)生隨時(shí)間周期性變化的激振力，該激振力將觸發(fā)管系的機(jī)械振動(dòng)響應(yīng)，因此通常認(rèn)為氣流脈動(dòng)是管道在非機(jī)械外力作用下的內(nèi)因[5]。往復(fù)壓縮機(jī)產(chǎn)生的管道振動(dòng)是多因素共同作用下產(chǎn)生的表觀現(xiàn)象。消振措施主要從減少氣流脈動(dòng)和減少管道對(duì)振動(dòng)的放大作用兩方面采取措施：(1)增加限流孔板，消減氣流脈動(dòng)的影響。氣流脈動(dòng)是造成管道振動(dòng)的內(nèi)因，根據(jù)機(jī)組脈動(dòng)分析報(bào)告，在管道或壓縮機(jī)緩沖罐入口安裝限流孔板，以消減氣流脈動(dòng)的影響；(2)增加防振管托或支架，以降低脈動(dòng)氣流對(duì)管系的影響。

3 結(jié)語

BOG增壓壓縮機(jī)在接收站的應(yīng)用，雖然過程中出現(xiàn)了一些異常情況，但在運(yùn)行操作人員、檢維修人員及廠家技術(shù)人員的共同努力下，保證了壓縮機(jī)的安全運(yùn)行，滿足了LNG接收站BOG再增壓外輸?shù)男枨?。為?shí)現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展的要求，提高設(shè)備可靠性，滿足設(shè)備長周期平穩(wěn)運(yùn)行，按照設(shè)備完整性管理需求，需要從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行、維護(hù)等環(huán)節(jié)共同發(fā)力：

(1)機(jī)組振動(dòng)大造成壓縮機(jī)組及其配套管線問題出現(xiàn)較多，需要供貨商認(rèn)真做好壓縮機(jī)組整個(gè)撬體的脈動(dòng)分析工作，在設(shè)計(jì)時(shí)采取有效措施減小振動(dòng)。

(2)設(shè)備在法蘭連接或管線焊接時(shí)堅(jiān)決杜絕強(qiáng)拉硬拽，避免應(yīng)力集中，也是減少機(jī)組振動(dòng)產(chǎn)生的關(guān)鍵。

(3)設(shè)計(jì)時(shí)需根據(jù)增壓壓縮機(jī)實(shí)際操作工況正確選擇活塞環(huán)與支撐環(huán)的材質(zhì)。

(4)為防止管材腐蝕，建議冷卻水系統(tǒng)全部采用不銹鋼材質(zhì)，同時(shí)用戶要注意冷卻水的含氯量，嚴(yán)格控制在廠家要求的范圍內(nèi)。

(5)投用前認(rèn)真做好壓縮機(jī)機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)前的準(zhǔn)備工作。包括但不限于檢查機(jī)身、氣缸內(nèi)的清潔度；檢查各連接部件，保證螺栓擰緊牢固并鎖緊，避免出現(xiàn)密封墊圈壓偏、固定螺栓松動(dòng)、液壓螺母打壓不足等人為失誤造成設(shè)備故障的發(fā)生。

(6)細(xì)化BOG增壓壓縮機(jī)巡檢內(nèi)容，加強(qiáng)巡檢力度，及時(shí)發(fā)現(xiàn)事故隱患并處理。

(7)精細(xì)操作，減少操作引起的異常振動(dòng)。在設(shè)備運(yùn)行期間，根據(jù)不同負(fù)荷工況，采取級(jí)間負(fù)荷合理匹配，配合對(duì)潤滑油系統(tǒng)和冷卻風(fēng)扇運(yùn)行方式的控制，可以適當(dāng)減小機(jī)體振動(dòng)。

(8)定期停機(jī)對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行針對(duì)性檢查保養(yǎng)，主要包括活塞間隙、活塞桿沉降、螺栓緊固程度、活塞環(huán)支撐環(huán)磨損情況、氮封完好情況等，能有效地避免大部分故障的發(fā)生。