天然氣壓縮機組自控系統(tǒng)故障診斷技術(shù)研究

馬云，李耀產(chǎn)，晁陽，劉福剛

(吐哈油田公司機械廠，新疆維吾爾族自治區(qū) 鄯善 838202)

0 引言

中石油吐哈油田鄯善采油廠5臺天然氣增壓裝置采用的是美國庫伯公司16SGT/W74整體對置往復(fù)式壓縮機組［1］?？刂葡到y(tǒng)采用開環(huán)/閉環(huán)和電氣轉(zhuǎn)換控制。由于控制點多、控制方式落后，電氣老化嚴(yán)重，導(dǎo)致機組故障率高，影響了天然氣產(chǎn)量。自控檢修技術(shù)可為壓縮機組做出快速故障診斷，降低壓縮機組停機率保證油田公司穩(wěn)產(chǎn)、增產(chǎn)。

1 控制系統(tǒng)概述

壓縮機組控制系統(tǒng)共有三個獨立的子系統(tǒng)，其結(jié)構(gòu)如圖1所示，壓縮機組過程控制由監(jiān)控系統(tǒng)負(fù)責(zé);轉(zhuǎn)速系統(tǒng)，點火系統(tǒng)為動力端的控制系統(tǒng)，分別控制天然氣發(fā)動機轉(zhuǎn)速和不同缸的點火時序，以上三個子系統(tǒng)為自控自控系統(tǒng)檢修對象。

圖1 壓縮機組控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1.1 監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)采用羅羅公司生產(chǎn)的FT50控制器，F(xiàn)T50采集的數(shù)據(jù)類型有溫度信號，壓力信號，震動信號，油位信號，轉(zhuǎn)速信號共51個傳感器。采集的數(shù)據(jù)最終由5個采集板卡送入FT50進行數(shù)據(jù)處理運算，狀態(tài)監(jiān)控，緊急停車。此外FT50還要處理控制柜面板手動輸入信號。

FT50 輸出信號(如圖2所示)通過繼電器弱電控強電的方式控制預(yù)潤滑泵和空冷器，通過電氣轉(zhuǎn)換，將儀表風(fēng)和啟動風(fēng)分別送入燃?xì)鈫㈤]閥、啟開閥和空氣蝶閥中，F(xiàn)T50輸出控制7個點。

圖2 FT50輸出控制信號圖

1.2 轉(zhuǎn)速系統(tǒng)

速系統(tǒng)使用ALTRONIC公司生產(chǎn)的GOV10電子調(diào)速器，其由電子轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)閥和顯示模塊組成(如圖3所示)，GOV10是通過檢測壓力和執(zhí)行機構(gòu)的脈沖來改變孔板大小以實現(xiàn)速度控制的［2］。

圖3 GOV10電子調(diào)速器

1.3 點火系統(tǒng)

點火系統(tǒng)使用的是ALTRONIC公司生產(chǎn)的CPU90點火系統(tǒng)，其通過輸入轉(zhuǎn)速信號、相位信號、復(fù)位信號按照不同時序向發(fā)動機各缸點火。點火系統(tǒng)是整個控制系統(tǒng)故障率最高的控制系統(tǒng)。

2 自控系統(tǒng)故障診斷處理原則

壓縮機組自控系統(tǒng)故障會導(dǎo)致機組停機，在檢修前應(yīng)該遵循的處理原則有:

(1)先動口，再動手。對于有故障的壓縮機組電氣設(shè)備，不應(yīng)急于動手，應(yīng)先詢問產(chǎn)生故障的前后經(jīng)過及故障現(xiàn)象。對于FT50這樣生疏的設(shè)備，還應(yīng)先熟悉電路原理和結(jié)構(gòu)特點，遵守相應(yīng)規(guī)則再診斷。

(2)先外后內(nèi)。應(yīng)先檢查壓縮機組電器有無明顯裂痕、缺損，了解其維修史、使用年限等，然后再對機內(nèi)進行檢查。拆前應(yīng)排除周邊的故障因素，確定為機內(nèi)故障后才能拆卸，否則盲目拆卸，可能將設(shè)備越修越壞。

(3)先機械后電氣。壓縮機組出現(xiàn)故障難以判斷是機械故障還是電氣故障，由于電氣故障不明顯、不直觀，不容易檢查出來［3］。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障后，首先分析并觀查是否有機械故障存在，只有在確定了無機械故障之后，再進行電氣故障的排查。

(4)先清潔后維修。對于污染嚴(yán)重的機組電氣設(shè)備，先對其按鍵，接觸點，接線點進行清潔，檢查外部控制鍵是否失靈。許多故障都是臟污及導(dǎo)電塵塊引起的，一經(jīng)清洗故障往往排除。

(5)先外圍后內(nèi)部。先不要急于更換損壞的電氣部件，在確認(rèn)外圍設(shè)備電路正常時，再考慮更換損壞的電氣部件。

(6)先排除故障后調(diào)試。對于調(diào)試和故障并存的電氣設(shè)備，應(yīng)先排除故障，再進行調(diào)試，調(diào)試必須在電氣線路正常的前提下進行［4］。

以上6條處理原則是壓縮機自控系統(tǒng)檢修的重要原則，對縮短壓縮機組自控系統(tǒng)故障診斷時間具有重要指導(dǎo)意義。

3 自控系統(tǒng)故障診斷方法

在檢修過程中，故障源耗時耗力難以確定，其占到維修70%～90%的時間，合適的方法應(yīng)用于相應(yīng)故障現(xiàn)象的診斷，可取到事半功倍的效果［5］。在實踐過程中總結(jié)了五種故障診斷方法。

3.1 順序法

順序法是按照信號發(fā)出順序依次從底層向高層檢修電氣部件，排除故障部件。這種方法的優(yōu)點是可以逐個排除故障點。缺點是當(dāng)電氣部件過多時，逐個診斷耗費時間。

圖4 點火系統(tǒng)信號順序圖

順序法常用于發(fā)動機缸溫低故障診斷，如圖4所示，從CPU90發(fā)出點火倒控制柜顯示缸溫，共有10個部件參與，檢修時可從火花塞檢測，檢修流程如圖5所示。

圖5 缸溫低故障診斷流程圖

3.2 置換法

置換法是將相同部件互換位置，根據(jù)癥狀，找出故障電氣部件的方法。典型應(yīng)用是不同類型、板卡故障等。置換法常用于判斷故障源是點火系統(tǒng)故障還是熱電偶故障，在檢修過程中，若控制柜顯示1#缸溫低，可通過對調(diào)1#缸和8#缸熱電偶的方法來診斷故障源，對調(diào)后若顯示8#缸溫度低，則說明1#缸熱電偶故障，若1#缸溫度低則說明1#缸點火差。

3.3 干預(yù)法

干預(yù)法是強制給執(zhí)行部件加信號，以此判斷執(zhí)行部件是否有故障的方法。此方法適用于FT50發(fā)出指令信號，但執(zhí)行部件未執(zhí)行動作，通過此方法可診斷出執(zhí)行部件是否有故障。

干預(yù)法的典型應(yīng)用就是判斷空氣蝶閥和燃?xì)鈫娱y是否有故障。通過FLUKE753對IP轉(zhuǎn)換器和燃?xì)忾y提供標(biāo)準(zhǔn)模擬信號和24 V電壓，并且在空氣蝶閥側(cè)和燃?xì)忾y啟動風(fēng)側(cè)加裝機械壓力表。若空氣蝶閥和燃?xì)忾y沒動作，則說明電磁閥故障;若啟動風(fēng)有壓力則說明空氣蝶閥和燃?xì)忾y有故障。

3.4 對象參考法

對象參考法是對控制部件參數(shù)、布局或接線不清楚的情況下，通過其他機組或相同部件參考解決。在檢修過程中，拆解的接線或卡件過多，導(dǎo)致不知道怎樣安裝或者測量信號大小不知道數(shù)值都可用此方法去解決困難或故障。

3.5 儀表法

儀表法就是在控制量出現(xiàn)異常時，通過對信號的采集點上加以其他檢測儀表來排除控制系統(tǒng)故障的方法。這種方法可以快速而有效的判斷被檢測設(shè)備是否有故障，從而縮小可能故障點。例如使用點火正時可以判斷點火系統(tǒng)是否點火;用機械壓力表裝到壓變?nèi)ㄉ峡梢钥焖倥袛嗍欠袷菈鹤児收?使用萬用可快速檢測熱電偶及轉(zhuǎn)速探頭是否有故障。

4 解決的故障

通過以上故障診斷方法和故障處理原則解決了壓縮機組控制系統(tǒng)的典型故障有:

(1)點火系統(tǒng)故障［6］。點火系統(tǒng)故障是整個系統(tǒng)故障率最高的故障點。通過順序法、置換法和儀表法對點火系統(tǒng)各部件診斷最終可快速排出故障。

(2)轉(zhuǎn)速波動大故障。轉(zhuǎn)速波動大的可能原因有:燃?xì)夤?yīng)壓力波動大;轉(zhuǎn)速探頭油污多;FT50轉(zhuǎn)速采集模塊故障，通過順序法和儀表對各部件診斷，可排出或縮小故障點。

(3)虛報警故障。壓縮機組虛報警是機組運行參數(shù)正常但監(jiān)控系統(tǒng)顯示出現(xiàn)故障報警。出現(xiàn)虛報警的原因有采集的數(shù)據(jù)失真或傳感器故障，通過順序法和儀表法可對虛報警做出快速診斷。

(4)無故障停機?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計缺陷，沒有對轉(zhuǎn)速波動大，燃?xì)夤?yīng)低、FT50死機，程序丟失，點火不正常做出判斷。無故障停機是自控系統(tǒng)故障診斷的難點，需要將上述五種方法合理應(yīng)用，方可解決故障。

(5)開機轉(zhuǎn)速低故障。開機啟動馬達盤車轉(zhuǎn)速過低導(dǎo)致CPU90不點火。此故障可能的原因有:(1)發(fā)動機卡阻(2)啟動風(fēng)的繼電器有故障(3)啟動風(fēng)壓低(4)繼動閥未打開(5)氣動馬達有問題?？蓪ι鲜龉收宵c依次檢查逐個排除故障。

5 結(jié)束語

壓縮機組在天然氣處理中發(fā)揮出越來越重要的作用，其自動化水平越高，結(jié)構(gòu)系統(tǒng)就越復(fù)雜，其發(fā)生故障的概率也就越大，同時故障的復(fù)雜性就越高［7］。因此，對于壓縮機組自控系統(tǒng)而言，必須要定期進行維護保養(yǎng)。本論文結(jié)合壓縮機組自控系統(tǒng)的主要組成和故障成因，詳細(xì)探討了壓縮機組自控系統(tǒng)的故障處理原則與故障診斷方法，對于提高壓縮機組的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷水平，無論是在理論研究還是在實踐應(yīng)用方面都有較好的指導(dǎo)意義。

［1］劉幫文.16SGT/W74發(fā)動機缸套漏水故障分析與排查［J］.中國設(shè)備工程，2010，26(3):35-36.

［2］喬煒，張繼超，劉幫文.GOV10電子調(diào)速器在Cooper天然氣發(fā)動機上配套技術(shù)應(yīng)用［J］.中國:化工裝備，2012，14(3):20-24.

［3］彭毅.電氣設(shè)備的常見維修方法與運用［J］.中國高新技術(shù)企業(yè)，2011，18(31):157-158.

［4］尙學(xué)彬.設(shè)備電氣的維修與故障排除［J］.產(chǎn)業(yè)與科技論壇，2012，11(12):81-82.

［5］劉衛(wèi)華，郁永章.往復(fù)壓縮機故障診斷方法的研究［J］.壓縮機技術(shù)，2001，39(1):3-5，12.

［6］仇雅莉.汽車點火系統(tǒng)故障診斷［J］.湖南交通科技，2014，9(3):154-156.

［7］沙印.機電一體化系統(tǒng)的故障診斷與維護管理［J］.湖北科學(xué)院技術(shù)學(xué)報，2013，10(33):13-14.