大型天然氣壓縮機(jī)組互換式維修技術(shù)應(yīng)用

馬 云，劉 冰，徐先偉，高 潔

（吐哈油田公司機(jī)械廠(chǎng)，新疆哈密 839009）

0 引言

L7042GSI/2RDS-1壓縮機(jī)組是油田公司天然氣處理的核心設(shè)備，其關(guān)鍵維修技術(shù)涉及到機(jī)械維修、控制系統(tǒng)編程和通信組態(tài)、改造等多個(gè)領(lǐng)域，整機(jī)互換式維修作為壓縮機(jī)組維修改造的核心技術(shù)之一，包含整機(jī)互換機(jī)械維修和控制系統(tǒng)改造等技術(shù)。掌握該技術(shù)對(duì)設(shè)備保養(yǎng)維修及機(jī)組故障排除具有重要意義。

1 整機(jī)互換式維修技術(shù)

整機(jī)互換式維修是將大修后的閑置部分匹配的壓縮機(jī)組與故障機(jī)組整機(jī)互換的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)故障機(jī)組的大修，同時(shí)對(duì)老舊落后淘汰控制系統(tǒng)全部更換升級(jí)。整機(jī)互換式維修技術(shù)包含整機(jī)互換式機(jī)械維修技術(shù)和控制系統(tǒng)改造技術(shù)。

（1）技術(shù)難點(diǎn)。整機(jī)互換式維修存在的技術(shù)難點(diǎn)：①整機(jī)互換匹配性較差，安裝及對(duì)中難度大；②互換機(jī)組點(diǎn)火系統(tǒng)存在代差，需要硬件升級(jí)；③控制系統(tǒng)程序邏輯復(fù)雜，核心技術(shù)受廠(chǎng)家技術(shù)封鎖；④控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)及硬件軟件聯(lián)調(diào)涉及面廣，綜合性強(qiáng)。

（2）技術(shù)優(yōu)點(diǎn)。①相對(duì)傳統(tǒng)大修作業(yè)，維修時(shí)間可縮短約75%；②對(duì)機(jī)組老舊子系統(tǒng)進(jìn)行改造，機(jī)組運(yùn)行效率可進(jìn)一步提升；③控制系統(tǒng)硬件全面設(shè)計(jì)改造，控制系統(tǒng)故障率下降90%以上；④匹配落后的控制系統(tǒng)工藝，提高控制系統(tǒng)機(jī)組監(jiān)控保護(hù)能力和自動(dòng)化程度。

2 整機(jī)互換機(jī)械維修技術(shù)

2臺(tái)機(jī)組的壓縮端分屬不同廠(chǎng)家，互換機(jī)組為動(dòng)力端L7042GSI天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，參數(shù)對(duì)比如表1。整機(jī)機(jī)械互換，包括機(jī)械匹配安裝調(diào)整、大型旋轉(zhuǎn)設(shè)備對(duì)中、點(diǎn)火系統(tǒng)升級(jí)改造等。

表1 互換機(jī)組參數(shù)對(duì)比

2.1 機(jī)械匹配安裝調(diào)整技術(shù)

膜片在聯(lián)軸器中屬于彈性元件，承受的載荷有離心、擠壓、彎曲等交變應(yīng)力，設(shè)備安裝過(guò)程中需對(duì)聯(lián)軸器的厚度進(jìn)行調(diào)整，用以配合設(shè)備安裝的實(shí)際需要。聯(lián)軸器膜片傳遞轉(zhuǎn)矩T，由簡(jiǎn)化條件可知：

（1）T單片＝T/M。

（2）聯(lián)軸器計(jì)算扭矩 Tc＝K×P×9550/n。

（3）聯(lián)軸器扭矩裕度 T變＝T－Tc。

（4）聯(lián)軸器膜片可減少片數(shù) m＝T變/T單片。

（5）聯(lián)軸器軸向減少的厚度A＝b×m。

其中，T單片為單個(gè)膜片最大扭矩（N·m），M為膜片總數(shù)，K為工況系數(shù)，P為發(fā)動(dòng)機(jī)功率（kW），n為發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速（r/min），b為單片膜片厚度（0.5 mm）。代入計(jì)算可得m＝17片，A＝8.5 mm。聯(lián)軸器厚度應(yīng)＜8.5 mm。

經(jīng)過(guò)多次調(diào)整逐漸消除軸向偏差，通過(guò)減少聯(lián)軸器厚度2 mm（膜片4片），消除了軸向偏差。調(diào)整后的聯(lián)軸器參數(shù)，如表2。

表2 連軸器調(diào)整前后對(duì)比

2.2 激光對(duì)中技術(shù)

機(jī)組互換后，發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)壓縮機(jī)存在著軸向和徑向偏差，過(guò)大的偏差會(huì)降低運(yùn)行效率和曲軸等運(yùn)動(dòng)部件壽命，因此必須消除機(jī)組水平和垂直偏差。通過(guò)激光對(duì)中的時(shí)鐘及3點(diǎn)法測(cè)量調(diào)整發(fā)動(dòng)機(jī)支撐點(diǎn)位置和距離，將水平和垂直偏差控制在標(biāo)準(zhǔn)值以?xún)?nèi)，保證了軸線(xiàn)對(duì)中性。

2.3 點(diǎn)火系統(tǒng)升級(jí)技術(shù)

將落后的磁電機(jī)系統(tǒng)改造為基于數(shù)字化控制和工況調(diào)整的CEC（Custom Engine Control，點(diǎn)火控制系統(tǒng)）。CEC點(diǎn)火模塊安裝調(diào)整步驟為：①通過(guò)盤(pán)車(chē)查找右一缸上死點(diǎn)，盤(pán)車(chē)至點(diǎn)火提前角 18°BTDC（Btdcbefore Top Deed Center，上止點(diǎn)前）；②安裝霍爾傳感器和點(diǎn)火正時(shí)盤(pán)；③霍爾傳感器調(diào)整安裝，必須保證傳感器與正時(shí)盤(pán)距離（0.45～0.75）mm；④正時(shí)盤(pán)調(diào)整安轉(zhuǎn)并對(duì)中；⑤CEC點(diǎn)火系統(tǒng)配置安裝。

2.4 油水加熱系統(tǒng)改造技術(shù)

由于機(jī)組油水加熱器系統(tǒng)功率小，布線(xiàn)不合理等導(dǎo)致冬季加熱效果差，維護(hù)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。通過(guò)設(shè)計(jì)30 kW油水加熱器，優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)油水管線(xiàn)，增加PLC控制功能，使冬季加熱油溫和水溫可維持在25℃左右。

3 控制系統(tǒng)改造技術(shù)

原系統(tǒng)為SLC5/04 PLC控制系統(tǒng)，改造后的系統(tǒng)是以A-B Compactlogix系列PLC為核心的下位機(jī)控制系統(tǒng)，同時(shí)增加信號(hào)隔離及通訊隔離保護(hù)系統(tǒng)，提高系統(tǒng)可靠性。改造后控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)是：

（1）PLC采集機(jī)組現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行數(shù)據(jù)，并通過(guò)邏輯關(guān)系控制機(jī)組的啟停機(jī)、連鎖報(bào)警等工藝過(guò)程。

（2）ESM（Engine System Manager,發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)管理器）是瓦克夏發(fā)動(dòng)機(jī)的控制中樞，控制著發(fā)動(dòng)機(jī)啟停機(jī)控制、點(diǎn)火時(shí)序控制、轉(zhuǎn)速控制、爆震控制、故障診斷、故障記錄存儲(chǔ)，以及發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)保護(hù)、空燃比控制等過(guò)程。

（3）NVI69-EMBS模塊將PLC數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為modbus通信協(xié)議的網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。該模塊實(shí)時(shí)讀取發(fā)動(dòng)機(jī)ESM數(shù)據(jù)，并將壓縮機(jī)組數(shù)據(jù)通過(guò)485通信遠(yuǎn)距離傳輸至DCS系統(tǒng)。

3.1 機(jī)組啟機(jī)程序設(shè)計(jì)

啟機(jī)預(yù)潤(rùn)滑時(shí)間由瓦克夏ESP（Electronic Service Program，電子服務(wù)程序）軟件設(shè)置，當(dāng)機(jī)組進(jìn)入潤(rùn)滑階段時(shí)，首先檢查機(jī)組的故障信號(hào)、控制柜按鈕的位置等狀態(tài)，30 s時(shí)檢查進(jìn)排氣閥狀態(tài)，90 s時(shí)檢查機(jī)組油壓，180 s控制ESM啟機(jī)，240 s時(shí)檢測(cè)運(yùn)行狀態(tài)。啟機(jī)程序邏輯，如圖1所示。

圖1 啟機(jī)邏輯結(jié)構(gòu)

3.2 加載程序設(shè)定

（1）加載條件判斷。加載條件為機(jī)組轉(zhuǎn)速＞800 r/min，夾套水溫度和壓縮機(jī)油溫＞30℃，且無(wú)報(bào)警，滿(mǎn)足以上條件時(shí)當(dāng)控制柜按鈕在加載模式時(shí)，機(jī)組進(jìn)入加載控制流程。

（2）加載位置位。加載位為程序控制回流閥的觸發(fā)信號(hào)，當(dāng)程序判斷滿(mǎn)足加載條件且無(wú)遠(yuǎn)程控制信號(hào)和停機(jī)信號(hào)時(shí)，該位置位自鎖。

（3）控制加載閥。當(dāng)加載位置位時(shí)，每1 s給加載閥程序控制變量加設(shè)定的加載閥增加量控制加載閥開(kāi)度，加載閥開(kāi)度根據(jù)工程量數(shù)據(jù)與加載閥程序控制變量的關(guān)系求得。

3.3 停機(jī)程序設(shè)計(jì)

（1）停機(jī)過(guò)程分3種情況：緊急停機(jī)、正常停機(jī)和預(yù)潤(rùn)滑下停機(jī)。緊急停機(jī)、預(yù)潤(rùn)滑下的停機(jī)直接使機(jī)組停機(jī)，無(wú)后潤(rùn)滑，正常停機(jī)需后潤(rùn)滑。ESM停機(jī)信號(hào)收到PLC低電平脈沖信號(hào)后會(huì)立刻執(zhí)行停機(jī)動(dòng)作。

圖2 試驗(yàn)?zāi)Ｊ娇刂七壿?/p>

（2）程序控制過(guò)程。PLC收到控制柜按鈕停止指令后，正常停機(jī)信號(hào)置位，定時(shí)器計(jì)時(shí)并產(chǎn)生脈沖信號(hào)降轉(zhuǎn)速，當(dāng)機(jī)組處于加載時(shí)，正常停機(jī)信號(hào)解鎖加載信號(hào)，PLC系統(tǒng)進(jìn)入減載模式，若240 s內(nèi)機(jī)組轉(zhuǎn)速＜40 r/min則進(jìn)入后潤(rùn)滑，反之正常停機(jī)脈沖置位，發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)。

3.4 測(cè)試模式程序設(shè)計(jì)

測(cè)試模式是在運(yùn)行階段將屏蔽故障信號(hào)以測(cè)試或修復(fù)現(xiàn)場(chǎng)傳感器的模式。試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)間為300 s，雙擊復(fù)位按鈕可復(fù)位試驗(yàn)?zāi)Ｊ?。啟?dòng)試驗(yàn)?zāi)Ｊ綍r(shí)，試驗(yàn)?zāi)Ｊ轿恢梦?，試?yàn)?zāi)Ｊ匠绦蚪Y(jié)構(gòu)，如圖2。在300 s內(nèi)，維護(hù)人員需修復(fù)故障傳感器進(jìn)或?qū)Τ绦蛲瓿蓽y(cè)試。

3.5 硬件檢測(cè)程序設(shè)計(jì)

通過(guò)調(diào)用系統(tǒng)參數(shù)獲取PLC各模塊的運(yùn)行狀態(tài)并通過(guò)組態(tài)通信顯示在 HMI（Human Machine Interface，人機(jī)界面）上（圖3），方便維護(hù)人員查看硬件運(yùn)行情況及排除硬件故障。

4 結(jié)束語(yǔ)

掌握互換式維修和控制系統(tǒng)升級(jí)技術(shù)，可大幅縮短現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備檢修時(shí)間，提高機(jī)組維修效率和機(jī)組可靠性，降低了機(jī)組維護(hù)時(shí)間。

圖3 PLC硬件狀態(tài)的HMI顯示