郭建良 裴志剛

國(guó)家管網(wǎng)集團(tuán)西氣東輸管道分公司山西輸氣分公司 山西太原 030006

西氣東輸某站GE LM2500+ 型燃驅(qū)壓縮機(jī)組，其啟機(jī)過(guò)程為：初始由液壓?jiǎn)?dòng)器拖動(dòng)燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子加速旋轉(zhuǎn)，加速到2100r/ min 盤(pán)車5min 后，降速預(yù)備點(diǎn)火；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速降至1470r/ min 時(shí)開(kāi)始升速，升速過(guò)程中系統(tǒng)點(diǎn)火；轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到1700r/ min 時(shí)，主燃油噴嘴開(kāi)始工作，啟動(dòng)火苗點(diǎn)燃，形成穩(wěn)定的燃燒火焰，渦輪開(kāi)始輸出功率；此后，燃?xì)廨啓C(jī)轉(zhuǎn)子在液壓?jiǎn)?dòng)器和渦輪的共同帶動(dòng)下開(kāi)始加速，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速不斷提高，流入燃?xì)廨啓C(jī)空氣流量也不斷加大，壓力逐漸升高，燃?xì)饽芰恳搽S之加大，此時(shí)渦輪輸出更大功率；當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達(dá)到4400r/ min時(shí)，渦輪發(fā)出的扭矩大大超過(guò)轉(zhuǎn)子的阻力矩，液壓?jiǎn)?dòng)器脫扣，此時(shí)燃?xì)廨啓C(jī)僅靠渦輪帶動(dòng)，在120s 內(nèi)加速到怠速（6800r/ min），啟動(dòng)過(guò)程結(jié)束。

機(jī)組正常啟機(jī)過(guò)程中，各階段速度點(diǎn)控制及點(diǎn)火過(guò)程是機(jī)組啟機(jī)成功與否的關(guān)鍵。西氣東輸某站GE 機(jī)組自2020 年9 月份至2021 年3 月份期間，曾有3 次啟機(jī)過(guò)程中觸發(fā)EC2.GGIDLEFIT（GG 轉(zhuǎn)速未達(dá)到怠速）報(bào)警，導(dǎo)致啟機(jī)失敗。以下針對(duì)E LM2500+ 型燃驅(qū)壓縮機(jī)機(jī)組啟機(jī)過(guò)程中無(wú)法達(dá)到怠速故障進(jìn)行了分析及處理，對(duì)影響各階段速度點(diǎn)控制及點(diǎn)火過(guò)程的重要因素及調(diào)整方法進(jìn)行了詳細(xì)討論，為后續(xù)機(jī)組啟機(jī)同類故障積累了相應(yīng)的處理經(jīng)驗(yàn)。

1 原因分析及故障處理

1.1 燃?xì)饨M分含氮?dú)飧?、熱值低、水漏點(diǎn)高、壓力低

站場(chǎng)燃料氣大多為天然氣或與煤層氣混合的氣體。通過(guò)上下游色譜分析和水露點(diǎn)分析儀對(duì)混合氣體進(jìn)行組分分析，天然氣氣質(zhì)不存在問(wèn)題，且備用機(jī)組使用同樣匯管的燃料氣，啟機(jī)過(guò)程未出現(xiàn)過(guò)此類情況，從而排除燃?xì)饨M分含氮?dú)飧?、熱值低這個(gè)原因。

1.2 燃調(diào)閥閥門(mén)故障或控制板offset 設(shè)置不正確

現(xiàn)場(chǎng)檢查偏移量設(shè)置與燃調(diào)閥銘牌，發(fā)現(xiàn)數(shù)值一致，均為20.40。

1.3 液壓?jiǎn)?dòng)器故障，油壓低，不能快速將GG托轉(zhuǎn)到脫扣轉(zhuǎn)速

現(xiàn)場(chǎng)嘗試切換液壓?jiǎn)?dòng)器后重新啟動(dòng)，同樣報(bào)警導(dǎo)致啟機(jī)失敗。而與之共用一套液壓?jiǎn)?dòng)撬的備用機(jī)組啟機(jī)過(guò)程未出現(xiàn)過(guò)該情況，所以排除液壓?jiǎn)?dòng)器故障。

1.4 VSV曲柄存在磨損，無(wú)法正常驅(qū)動(dòng)GG葉片

現(xiàn)場(chǎng)檢查VSV 曲柄，未發(fā)現(xiàn)有磨損情況。

1.5 GG壓氣機(jī)葉片積垢，降低燃機(jī)的效率

經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢查及分析，初步可以排除燃料氣、液壓?jiǎn)?dòng)器及VSV 磨損等原因?qū)е聶C(jī)組無(wú)法達(dá)到怠速。2018 年該站2# GE 機(jī)組曾發(fā)生過(guò)2 次無(wú)法達(dá)到怠速轉(zhuǎn)速而引起機(jī)組無(wú)法啟機(jī)的情況，分別是通過(guò)更換燃調(diào)閥和水洗GG解決問(wèn)題的。站場(chǎng)技術(shù)人員依據(jù)此經(jīng)驗(yàn)對(duì)故障進(jìn)行解決。

現(xiàn)場(chǎng)人員依據(jù)此經(jīng)驗(yàn)和報(bào)警信息，推斷可能是2# GE 機(jī)組GG 葉片臟引起的（初步考慮燃調(diào)閥故障理應(yīng)伴隨著燃調(diào)閥相關(guān)報(bào)警信息），隨即進(jìn)行孔探，發(fā)現(xiàn)GG葉片上附著污垢并不嚴(yán)重，達(dá)不到影響啟機(jī)的程度。但根據(jù)報(bào)警與2018 年5 月8 日停機(jī)報(bào)警相似，決定對(duì)GG 進(jìn)行水洗。水洗后故障仍未排除，由此斷定葉片臟并非導(dǎo)致機(jī)組無(wú)法達(dá)到怠速的根本原因。

過(guò)去5年里，行業(yè)銷售利潤(rùn)率大約在7.5%。公司管理層準(zhǔn)備實(shí)行新經(jīng)營(yíng)設(shè)施計(jì)劃，包括一套辦公管理方法以及區(qū)別于目前的不同生產(chǎn)方式。新設(shè)施在技術(shù)上將更先進(jìn)，而對(duì)勞動(dòng)力的需要將相對(duì)減少，這顯然符合行業(yè)發(fā)展的新趨勢(shì)。管理層認(rèn)為，公司順應(yīng)管理、技術(shù)和金融發(fā)展的新潮流，增加投資并進(jìn)行融資，新設(shè)施管理實(shí)踐上進(jìn)行改進(jìn)的是公司經(jīng)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)的評(píng)估方法(以下簡(jiǎn)稱“新模式”)。公司目前在評(píng)估成本、銷售量和利潤(rùn)或虧損之間的關(guān)系時(shí)，主要依靠盈虧平衡分析方法(以下簡(jiǎn)稱“舊模式”)。這在將新產(chǎn)品推入到一個(gè)已知規(guī)模的現(xiàn)有市場(chǎng)時(shí)非常有效，趨勢(shì)性把握更為準(zhǔn)確，具體分別見(jiàn)表2、表3。

1.6 燃調(diào)閥開(kāi)度過(guò)小

燃調(diào)閥維修后需要重新標(biāo)定offset 值。標(biāo)定方法為：燃調(diào)閥在正常情況下，強(qiáng)制閥門(mén)開(kāi)度1%，觀察閥芯應(yīng)剛好看到閥門(mén)開(kāi)度尖角，閥門(mén)強(qiáng)制全關(guān)則看不到閥芯缺口。如1%時(shí)未看到閥芯尖角，說(shuō)明開(kāi)度過(guò)??；0%時(shí)仍然能看到尖角，說(shuō)明閥門(mén)開(kāi)度過(guò)大。此時(shí)需要調(diào)整閥門(mén)偏移量offset。

現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，在強(qiáng)制開(kāi)度為1%時(shí)，是無(wú)法看到閥芯缺口的，只有強(qiáng)制開(kāi)度為2%時(shí)，方可看到閥門(mén)缺口。圖1和圖2 為閥門(mén)檢查時(shí)的圖片，由于現(xiàn)場(chǎng)空間狹小，無(wú)法拍清閥門(mén)缺口。

圖1 燃調(diào)閥全開(kāi)時(shí)閥芯

圖2 燃調(diào)閥開(kāi)度1%時(shí)

由于檢查燃調(diào)閥開(kāi)度較小，用調(diào)試筆記本連接Woodward 控制器修改閥門(mén)offset。經(jīng)過(guò)調(diào)試，將燃調(diào)閥offset 值從20.4 修改為20.8 正好符合要求（開(kāi)度為1%時(shí)，可以看到閥門(mén)缺口）。修改后，啟動(dòng)GE 機(jī)組進(jìn)行熱盤(pán)車，GG 順利達(dá)到6800r/ min。

此方法只適用于經(jīng)過(guò)修理的燃調(diào)閥，在不確定offset的情況下，可以依據(jù)這種方法進(jìn)行標(biāo)定得到offset 值，新閥是不需要修改的。而2# GE 機(jī)組的燃調(diào)閥是在2018 年新?lián)Q的，沒(méi)有維修過(guò)。這種修改offset 值的方法只是強(qiáng)制修改了燃調(diào)閥開(kāi)度的線性值，雖然啟機(jī)成功，但問(wèn)題沒(méi)有得到根本解決。

1.7 參與燃料控制的部分儀表測(cè)量值不準(zhǔn)確

1.7.1 計(jì)量閥輸出命令“GFMVPOSCMD”邏輯

通過(guò)解讀邏輯發(fā)現(xiàn)，燃調(diào)閥的開(kāi)關(guān)面積受PIT228 和PIT229 的壓力值，以及TIT221 的溫度值控制（GP1 和GP2 分別對(duì)應(yīng)PIT228 和PIT229），邏輯關(guān)系見(jiàn)式（1）。

1.7.2 GE LM25OO+ 機(jī)組燃料控制方式

表1 參與燃料控制方式表

燃調(diào)閥根據(jù)當(dāng)前需要的燃燒室燃料供給流量，由閥前、閥后壓力通過(guò)三維插值計(jì)算當(dāng)前需要的閥位開(kāi)度，快速響應(yīng)調(diào)整燃料流量，以使機(jī)組達(dá)到設(shè)定工況。

從GE LM25OO+ 機(jī)組啟機(jī)控制方式分析，機(jī)組從開(kāi)始啟機(jī)到怠速，控制方式如表2 所示。2# GE 機(jī)組啟機(jī)過(guò)程中，觸發(fā)EC2.GGIDLEFIT（GG 轉(zhuǎn)速未達(dá)到怠速）報(bào)警，導(dǎo)致機(jī)組啟機(jī)失敗是在加速到怠速的過(guò)程中，所以機(jī)組處于最大燃料控制WFHPRX。

表2 機(jī)組從開(kāi)始啟機(jī)到怠速燃料控制方式切換表

1.7.3 機(jī)組進(jìn)入最大燃料控制模式計(jì)算過(guò)程

最大允許燃料供應(yīng)值 WFMAX 由計(jì)算表Table T191 _1 和Table T191_2 插值計(jì)算取小值得到，NGGR 為NGG 根據(jù)T2 溫度修正的轉(zhuǎn)速，T2RTE 為GG入口溫度計(jì)算值。

計(jì)算表Table T191_2 為當(dāng)前轉(zhuǎn)速下引起燃機(jī)超溫的燃料供給量WFRADTOPMX（磅/ h）；Table T191_l查表結(jié)果與當(dāng)前壓氣機(jī)出口壓力計(jì)算值PS3EST 加權(quán)相乘得到P3 燃料保護(hù)值WFPHIMAXC（磅/ h）。最大燃料計(jì)算表Table T191_l 和Table T191_2 分別如表3 和表4 所示。

綜上所述，可以得出以下結(jié)論：

（1）影響燃調(diào)閥開(kāi)度的因素包括燃調(diào)閥上下游壓力GP1 和GP2，以及燃料氣進(jìn)氣溫度TIT221；

（2）影響機(jī)組進(jìn)入Max Fuel Cntl 限制保護(hù)的因素包括燃機(jī)入口溫度T2 和壓氣機(jī)排氣壓力P3。

2 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際處理過(guò)程

在以上邏輯分析的指導(dǎo)下，現(xiàn)場(chǎng)對(duì)參與燃調(diào)閥開(kāi)度和Max Fuel Cntl 限制保護(hù)的儀表進(jìn)行參數(shù)校對(duì)，發(fā)現(xiàn)燃調(diào)閥上游壓力變送器GP1 和壓氣機(jī)出口壓力變送器PIT455A/ B 測(cè)量值存在異常。參數(shù)分析如表5 所示,PIT228、PIT455A 和PIT455B 都是絕壓表，在停機(jī)狀態(tài)下的測(cè)量值應(yīng)該為當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?，?3.328psi。由表可以看出，3 塊壓力儀表測(cè)量值均存在零點(diǎn)漂移。

表5 參數(shù)分析校對(duì)表 psi

現(xiàn)場(chǎng)隨即對(duì)零點(diǎn)漂移的3 塊壓力變送器進(jìn)行零點(diǎn)標(biāo)定。零點(diǎn)調(diào)整后，在IDLE 模式下啟動(dòng)2# GE 機(jī)組，GG 順利達(dá)到6800r/ min。至此，判定GE 機(jī)組GG 轉(zhuǎn)速未達(dá)到怠速啟機(jī)失敗原因?yàn)镻IT228、PIT455A 和PIT455B 零點(diǎn)漂移導(dǎo)致。

3 結(jié)論與建議

近年來(lái)，長(zhǎng)輸管道GE/ NP 壓縮機(jī)組發(fā)生多次無(wú)法達(dá)到怠速的故障，各場(chǎng)站均積累了一定的處理經(jīng)驗(yàn)。為避免類似故障再次發(fā)生，切實(shí)保障壓縮機(jī)穩(wěn)定，建議如下：

（1）定期檢查機(jī)組VSV 曲柄磨損情況，一旦發(fā)現(xiàn)磨損，及時(shí)報(bào)備并更換；

（2）注意檢查進(jìn)氣過(guò)濾器濾芯，及時(shí)清除濾芯表面的大塊狀雜物，避免雜物粘結(jié)在濾芯表面，從而引起過(guò)濾效果差，導(dǎo)致機(jī)組阻力增大故障；

（3）液壓?jiǎn)?dòng)器作為機(jī)組的托轉(zhuǎn)設(shè)備，應(yīng)定期進(jìn)行保養(yǎng)；

（4） 在日常保養(yǎng)中將GE/ NP 機(jī)組4 塊絕壓表（PIT228、PIT229、PIT455A/ B）的零點(diǎn)校準(zhǔn)一并進(jìn)行；

（5）燃調(diào)閥作為GG 的運(yùn)行的核心設(shè)備，在對(duì)燃調(diào)閥進(jìn)行作業(yè)的內(nèi)容一定要有據(jù)可依，不能憑借經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行故障處理，以免影響機(jī)組的安全運(yùn)行；

（6）人員技術(shù)能力是機(jī)組平穩(wěn)運(yùn)行的“壓艙石”，因此加大對(duì)專業(yè)人員的培訓(xùn)，才能從根本上提高現(xiàn)場(chǎng)故障的處理能力。

天然氣管輸行業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的重要保障支柱，有著不可或缺的作用。對(duì)于管輸行業(yè)來(lái)講，保障壓縮機(jī)的可靠性、可用性是其重要工作內(nèi)容。確保壓縮機(jī)穩(wěn)定，從某種意義來(lái)講就是保障國(guó)民經(jīng)濟(jì)。以上就壓縮機(jī)怠速典型故障進(jìn)行了深入分析，對(duì)其本質(zhì)原因進(jìn)行了剖析，為今后場(chǎng)站遇到類似問(wèn)題快速判斷、解決問(wèn)題提供了寶貴經(jīng)驗(yàn)。