1.地下儲氣庫簡介
某地下儲氣庫為枯竭型氣藏儲氣庫，設(shè)計庫容5.88×108m3，墊底氣2.93×108m3，工作氣量2.95×108m3，設(shè)計上限壓力27.0MPa，下限壓力13.0MPa。氣庫設(shè)計有三臺往復(fù)式壓縮機，日注氣量可達(dá)200×104m3/d。其中某臺機組運行7075h時氣缸余隙調(diào)節(jié)裝置余隙活塞脫落，氣缸出現(xiàn)撞缸導(dǎo)致活塞、氣缸缸套嚴(yán)重?fù)p壞故障。
2.故障壓縮機組簡介
壓縮機組采用電驅(qū)往復(fù)式壓縮機，設(shè)計進(jìn)氣壓力6.0MPa，額定排氣壓力23.5MPa，排氣量62萬方/天。電機型號為YB710-6-1500kW，額定電壓6000V，額定電流177A，額定功率1500kW，額定轉(zhuǎn)速994rpm。壓縮機采用兩級壓縮，四列對稱平衡型結(jié)構(gòu)，每級兩個氣缸，一級氣缸直徑5.75英寸，二級氣缸直徑4.5英寸，行程5.5英寸。機組共有四個氣缸，編號按曲拐順序編號，依次為1#、2#、3#、4#氣缸，其中1#和3#氣缸是二級氣缸，2#和4#氣缸是一級氣缸。一級氣缸（2#和4#氣缸）設(shè)置有氣缸余隙調(diào)節(jié)裝置，俗稱氣缸余隙頭，用來調(diào)節(jié)余隙容積以調(diào)節(jié)機組排氣量，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.故障發(fā)現(xiàn)過程概況
某日凌晨3點，運行值班人員值班巡檢發(fā)現(xiàn)壓縮機振動值偏大，機組有異響，振動值未達(dá)到設(shè)定報警停機值，機組未停機。3點45分，機組異響擴大，值班人員向值班干部匯報機組出現(xiàn)巨大異響。4點15分值班干部向公司調(diào)控中心申請故障停機，4點20分調(diào)控中心同意后手動停機。8點05分壓縮機維保單位開始對機組進(jìn)行放空拆卸檢查。
二、壓縮機故障檢查及原因分析
機組故障發(fā)生時，主要現(xiàn)象為機組四號氣缸（一級氣缸）出現(xiàn)異響。機組振動值偏大，但未達(dá)到停機報警值，未觸發(fā)機組振動報警。停機前后，四號氣缸排氣溫度變化明顯變化，盤根溫度顯著上升。從SCADA系統(tǒng)查看機組測點信息，機組振動值變化情況如圖2所示。壓縮機四號氣缸排氣溫度及盤根溫度變化如圖3和圖4所示。
在對存在異響的四號氣缸進(jìn)行拆卸后，發(fā)現(xiàn)氣缸余隙活塞碎裂、余隙缸斷裂。在對壓縮活塞拆卸后，發(fā)現(xiàn)該氣缸活塞端部損傷，活塞環(huán)、支撐環(huán)破損，缸套明顯磨損。在對機組其他氣缸進(jìn)行進(jìn)一步檢查后，發(fā)現(xiàn)二號氣缸，也存在缸套磨損、活塞環(huán)損壞問題。機組具體損壞情況如圖5～11所示。
根據(jù)以上檢查內(nèi)容，結(jié)合機組振動、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，機組故障原因如下：
1.四號氣缸余隙活塞O形圈在高溫、高壓環(huán)境下發(fā)生了老化，造成密封失效，高壓氣體進(jìn)入余隙缸后端。由于余隙活塞和余隙桿之間有間隙，使得吸排氣過程中氣體壓力的脈動導(dǎo)致余隙活塞發(fā)生軸向串動，余隙活塞來回撞擊余隙桿。如圖1所示，余隙活塞與余隙桿連接方式為T型頭連接，此T型頭設(shè)計在余隙活塞來回撞擊的情況下容易出現(xiàn)斷裂而產(chǎn)生事故。因此造成凌晨1點05分左右余隙桿T型頭位置斷裂，余隙活塞脫落。
2.余隙活塞脫落后，在余隙氣缸、殘余余隙桿所形成的空隙內(nèi)不斷與余隙桿、余隙氣缸發(fā)生撞擊。撞擊過程不斷沖擊余隙氣缸缸頭位置，造成缸頭疲勞破壞，進(jìn)而發(fā)生余隙氣缸缸頭斷裂脫落。缸頭與余隙活塞一同進(jìn)入工作氣缸。
3.余隙氣缸缸頭、余隙活塞碎片進(jìn)入氣缸工作腔產(chǎn)生撞缸現(xiàn)象，并造成活塞、活塞環(huán)、支撐環(huán)以及缸套嚴(yán)重?fù)p壞。
4.由于缸套磨損過程中產(chǎn)生大量熱量，氣缸溫度升高。停機后，排氣緩沖罐氣體不再流動，填料冷卻水停止循環(huán)，氣缸熱量向緩沖罐與填料擴散，造成如圖3和圖4所示的排氣溫度、填料溫度的變化。但停機前，排氣溫度約60℃，填料溫度約53℃，遠(yuǎn)小于排氣溫度和填料溫度報警值126℃。
三、壓縮機系統(tǒng)性檢測情況
除對現(xiàn)場損壞部件的情況進(jìn)行檢查外，我們對機組的其它部件也進(jìn)行了檢查，以弄清楚機組受損嚴(yán)重程度。
1.檢查各列主軸瓦、連桿瓦間隙，其值在正常范圍內(nèi)，滿足要求。各列十字頭瓦與滑道上、下間隙，其值在正常范圍內(nèi)，滿足要求；
2.拆除發(fā)生問題列連桿部件，檢查連桿大頭瓦及小頭襯套，滿足使用要求，檢查曲軸撓度，其值為0.006mm，小于規(guī)定值0.025mm；
3.檢查各列氣缸缸套的磨損情況，一號、三號氣缸缸套正常，四號缸缸套磨損嚴(yán)重，二號缸缸套局部磨損，需進(jìn)行返廠維修；
4.二號缸余隙活塞與余隙桿的配合間隙在正常范圍內(nèi)；
通過對檢查數(shù)據(jù)的分析，機組基礎(chǔ)件機體、曲軸、連桿、十字頭部件正常，可以安全使用，四號、二號氣缸缸套需進(jìn)行更換，2個活塞部件返廠做進(jìn)一步探傷檢查。
四、機組修復(fù)情況
根據(jù)機組受損及相關(guān)檢測情況，我們制定了以下修復(fù)方案。
1.更換以下配件：包括一級余隙缸部件2套、一級氣缸缸套2個、4號缸活塞、一級氣閥閥片3套、一級活塞環(huán)及支撐環(huán)2套。具體數(shù)量及進(jìn)度安排如下：
其中，由于余隙活塞組件在設(shè)計上的固有缺陷，壓縮機廠家已停用了T型頭連接安裝方式，此次返廠更換形式為改進(jìn)型，杜絕了后期余隙活塞脫落的風(fēng)險。
2.二號和四號兩個一級氣缸返廠進(jìn)一步檢測，更換缸套，更換四號缸活塞，檢查活塞桿的形位公差，無損探傷檢查是否有裂紋，根據(jù)檢測結(jié)果決定是否更換。
3.更換機組所有氣閥、填料環(huán)、活塞環(huán)、支承環(huán)、O形圈等易損件。
4.機組恢復(fù)安裝，按機組出廠的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求進(jìn)行詳細(xì)檢查、試驗。
5.結(jié)合實際工況調(diào)整機組振動、溫度的報警停機值，確保機組自控系統(tǒng)能起保護(hù)作用。
通過壓縮機廠家的密切配合，及時生產(chǎn)加工氣缸缸套、活塞等部件，我們在故障后的35天內(nèi)完成了機組的修復(fù)工作，機組恢復(fù)運行。
五、壓縮機管理原因分析
1.氣缸余隙頭設(shè)計不合理，余隙活塞與余隙桿采用T型頭連接，兩者有間隙存在，且強度及抗疲勞性均不足，設(shè)計存在安全隱患。壓縮機廠家既然已經(jīng)升級改進(jìn)了氣缸余隙頭的設(shè)計制造，卻沒有對前期生產(chǎn)設(shè)備的使用單位進(jìn)行告知更換，抱有一定的僥幸心理，這從根源上決定了本次故障的可能性存在。改進(jìn)后的氣缸余隙頭如圖12所示，余隙活塞與余隙桿采用螺紋連接，兩者無間隙，杜絕了余隙活塞來回撞擊余隙桿的可能性。
2.機組維護(hù)保養(yǎng)工作有缺項，該機組在出現(xiàn)故障時距生產(chǎn)時間已有四年時間，機組已運行了7075小時，通過檢查前期各級保養(yǎng)工作報告發(fā)現(xiàn)，在機組前期運行的各級維保中均未對氣缸余隙頭進(jìn)行檢查，余隙活塞O型圈老化未曾發(fā)現(xiàn)，更未曾更換。如前所述，余隙活塞O型圈老化是導(dǎo)致后面一系列故障的直接原因。結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理加上維保工作的缺失，直接造成了本次故障的出現(xiàn)。
3.壓縮機出廠設(shè)定的報警值、連鎖停機值偏大，設(shè)置不合理，機組報警未起作用。由于機組振動值報警值為10mm/s，停機值為14mm/s，高于機組異常運行期間4mm/s到8mm/s的波動值，四號缸排氣溫度和填料溫度報警值均為126℃，停機值為132℃，遠(yuǎn)高于實際運行的一級排氣溫度（60℃）。在機組出現(xiàn)巨大異響，現(xiàn)場人員組織停機期間，各檢測點均未達(dá)到機組報警停機值。因而機組的檢測參數(shù)異常報警停機作用未得到體現(xiàn)。導(dǎo)致機組在異常情況下繼續(xù)運行，機組受損度嚴(yán)重擴大。
4.現(xiàn)場值班人員缺乏機械故障診斷技能，對壓縮機初始故障未能及時發(fā)現(xiàn)，沒有在第一時間采取措施，造成了故障的擴大。從圖2機組振動參數(shù)變化趨勢分析，1點05分，機組振動由2.7mm/s上升至4.22mm/s。但由于振動值距離報警值尚有較大差距，未能引起值班人員的高度重視。1點11分至3點50分之間，振動值在4mm/s到8mm/s之間波動，且異響聲較大，值班人員仍未采取停機措施。直到4點左右才向公司調(diào)控中心申請停機。壓縮機組在異常情況下運轉(zhuǎn)三個小時，導(dǎo)致了機組故障嚴(yán)重程度的擴大。
六、運行管理相關(guān)建議
綜合前文所述，在此提出以下建議，以防止類似故障的再次發(fā)生，促進(jìn)提高壓縮機運行管理水平。
1.加強基層一線員工專業(yè)技能培訓(xùn)，重點針對壓縮機組的巡檢要求、故障判斷等開展專業(yè)培訓(xùn)，提高現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)問題能力以及故障判斷能力，讓巡檢過程真正有所發(fā)現(xiàn)。
2.加強設(shè)備故障應(yīng)急管理，明確應(yīng)急處置措施，定期開展應(yīng)急演練工作，提高一線人員在遇到設(shè)備故障后的正確決斷和快速處置能力。
3.加強壓縮機維護(hù)保養(yǎng)管理，完善壓縮機維護(hù)保養(yǎng)管理規(guī)定，對維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容根據(jù)機組實際情況進(jìn)行修訂，提高維修保養(yǎng)的及時性和有效性。
4.建立定期回訪制度，加強生產(chǎn)廠家與用戶對接，壓縮機生產(chǎn)方和使用方定期開展技術(shù)交流會議，共同關(guān)注，確保機組的長久安全平穩(wěn)運行。
來源：本站原創(chuàng)
1.地下儲氣庫簡介
某地下儲氣庫為枯竭型氣藏儲氣庫，設(shè)計庫容5.88×108m3，墊底氣2.93×108m3，工作氣量2.95×108m3，設(shè)計上限壓力27.0MPa，下限壓力13.0MPa。氣庫設(shè)計有三臺往復(fù)式壓縮機，日注氣量可達(dá)200×104m3/d。其中某臺機組運行7075h時氣缸余隙調(diào)節(jié)裝置余隙活塞脫落，氣缸出現(xiàn)撞缸導(dǎo)致活塞、氣缸缸套嚴(yán)重?fù)p壞故障。
2.故障壓縮機組簡介
壓縮機組采用電驅(qū)往復(fù)式壓縮機，設(shè)計進(jìn)氣壓力6.0MPa，額定排氣壓力23.5MPa，排氣量62萬方/天。電機型號為YB710-6-1500kW，額定電壓6000V，額定電流177A，額定功率1500kW，額定轉(zhuǎn)速994rpm。壓縮機采用兩級壓縮，四列對稱平衡型結(jié)構(gòu)，每級兩個氣缸，一級氣缸直徑5.75英寸，二級氣缸直徑4.5英寸，行程5.5英寸。機組共有四個氣缸，編號按曲拐順序編號，依次為1#、2#、3#、4#氣缸，其中1#和3#氣缸是二級氣缸，2#和4#氣缸是一級氣缸。一級氣缸（2#和4#氣缸）設(shè)置有氣缸余隙調(diào)節(jié)裝置，俗稱氣缸余隙頭，用來調(diào)節(jié)余隙容積以調(diào)節(jié)機組排氣量，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
3.故障發(fā)現(xiàn)過程概況
某日凌晨3點，運行值班人員值班巡檢發(fā)現(xiàn)壓縮機振動值偏大，機組有異響，振動值未達(dá)到設(shè)定報警停機值，機組未停機。3點45分，機組異響擴大，值班人員向值班干部匯報機組出現(xiàn)巨大異響。4點15分值班干部向公司調(diào)控中心申請故障停機，4點20分調(diào)控中心同意后手動停機。8點05分壓縮機維保單位開始對機組進(jìn)行放空拆卸檢查。
二、壓縮機故障檢查及原因分析
機組故障發(fā)生時，主要現(xiàn)象為機組四號氣缸（一級氣缸）出現(xiàn)異響。機組振動值偏大，但未達(dá)到停機報警值，未觸發(fā)機組振動報警。停機前后，四號氣缸排氣溫度變化明顯變化，盤根溫度顯著上升。從SCADA系統(tǒng)查看機組測點信息，機組振動值變化情況如圖2所示。壓縮機四號氣缸排氣溫度及盤根溫度變化如圖3和圖4所示。
在對存在異響的四號氣缸進(jìn)行拆卸后，發(fā)現(xiàn)氣缸余隙活塞碎裂、余隙缸斷裂。在對壓縮活塞拆卸后，發(fā)現(xiàn)該氣缸活塞端部損傷，活塞環(huán)、支撐環(huán)破損，缸套明顯磨損。在對機組其他氣缸進(jìn)行進(jìn)一步檢查后，發(fā)現(xiàn)二號氣缸，也存在缸套磨損、活塞環(huán)損壞問題。機組具體損壞情況如圖5～11所示。
根據(jù)以上檢查內(nèi)容，結(jié)合機組振動、溫度數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，機組故障原因如下：
1.四號氣缸余隙活塞O形圈在高溫、高壓環(huán)境下發(fā)生了老化，造成密封失效，高壓氣體進(jìn)入余隙缸后端。由于余隙活塞和余隙桿之間有間隙，使得吸排氣過程中氣體壓力的脈動導(dǎo)致余隙活塞發(fā)生軸向串動，余隙活塞來回撞擊余隙桿。如圖1所示，余隙活塞與余隙桿連接方式為T型頭連接，此T型頭設(shè)計在余隙活塞來回撞擊的情況下容易出現(xiàn)斷裂而產(chǎn)生事故。因此造成凌晨1點05分左右余隙桿T型頭位置斷裂，余隙活塞脫落。
2.余隙活塞脫落后，在余隙氣缸、殘余余隙桿所形成的空隙內(nèi)不斷與余隙桿、余隙氣缸發(fā)生撞擊。撞擊過程不斷沖擊余隙氣缸缸頭位置，造成缸頭疲勞破壞，進(jìn)而發(fā)生余隙氣缸缸頭斷裂脫落。缸頭與余隙活塞一同進(jìn)入工作氣缸。
3.余隙氣缸缸頭、余隙活塞碎片進(jìn)入氣缸工作腔產(chǎn)生撞缸現(xiàn)象，并造成活塞、活塞環(huán)、支撐環(huán)以及缸套嚴(yán)重?fù)p壞。
4.由于缸套磨損過程中產(chǎn)生大量熱量，氣缸溫度升高。停機后，排氣緩沖罐氣體不再流動，填料冷卻水停止循環(huán)，氣缸熱量向緩沖罐與填料擴散，造成如圖3和圖4所示的排氣溫度、填料溫度的變化。但停機前，排氣溫度約60℃，填料溫度約53℃，遠(yuǎn)小于排氣溫度和填料溫度報警值126℃。
三、壓縮機系統(tǒng)性檢測情況
除對現(xiàn)場損壞部件的情況進(jìn)行檢查外，我們對機組的其它部件也進(jìn)行了檢查，以弄清楚機組受損嚴(yán)重程度。
1.檢查各列主軸瓦、連桿瓦間隙，其值在正常范圍內(nèi)，滿足要求。各列十字頭瓦與滑道上、下間隙，其值在正常范圍內(nèi)，滿足要求；
2.拆除發(fā)生問題列連桿部件，檢查連桿大頭瓦及小頭襯套，滿足使用要求，檢查曲軸撓度，其值為0.006mm，小于規(guī)定值0.025mm；
3.檢查各列氣缸缸套的磨損情況，一號、三號氣缸缸套正常，四號缸缸套磨損嚴(yán)重，二號缸缸套局部磨損，需進(jìn)行返廠維修；
4.二號缸余隙活塞與余隙桿的配合間隙在正常范圍內(nèi)；
通過對檢查數(shù)據(jù)的分析，機組基礎(chǔ)件機體、曲軸、連桿、十字頭部件正常，可以安全使用，四號、二號氣缸缸套需進(jìn)行更換，2個活塞部件返廠做進(jìn)一步探傷檢查。
四、機組修復(fù)情況
根據(jù)機組受損及相關(guān)檢測情況，我們制定了以下修復(fù)方案。
1.更換以下配件：包括一級余隙缸部件2套、一級氣缸缸套2個、4號缸活塞、一級氣閥閥片3套、一級活塞環(huán)及支撐環(huán)2套。具體數(shù)量及進(jìn)度安排如下：
其中，由于余隙活塞組件在設(shè)計上的固有缺陷，壓縮機廠家已停用了T型頭連接安裝方式，此次返廠更換形式為改進(jìn)型，杜絕了后期余隙活塞脫落的風(fēng)險。
2.二號和四號兩個一級氣缸返廠進(jìn)一步檢測，更換缸套，更換四號缸活塞，檢查活塞桿的形位公差，無損探傷檢查是否有裂紋，根據(jù)檢測結(jié)果決定是否更換。
3.更換機組所有氣閥、填料環(huán)、活塞環(huán)、支承環(huán)、O形圈等易損件。
4.機組恢復(fù)安裝，按機組出廠的標(biāo)準(zhǔn)及規(guī)范要求進(jìn)行詳細(xì)檢查、試驗。
5.結(jié)合實際工況調(diào)整機組振動、溫度的報警停機值，確保機組自控系統(tǒng)能起保護(hù)作用。
通過壓縮機廠家的密切配合，及時生產(chǎn)加工氣缸缸套、活塞等部件，我們在故障后的35天內(nèi)完成了機組的修復(fù)工作，機組恢復(fù)運行。
五、壓縮機管理原因分析
1.氣缸余隙頭設(shè)計不合理，余隙活塞與余隙桿采用T型頭連接，兩者有間隙存在，且強度及抗疲勞性均不足，設(shè)計存在安全隱患。壓縮機廠家既然已經(jīng)升級改進(jìn)了氣缸余隙頭的設(shè)計制造，卻沒有對前期生產(chǎn)設(shè)備的使用單位進(jìn)行告知更換，抱有一定的僥幸心理，這從根源上決定了本次故障的可能性存在。改進(jìn)后的氣缸余隙頭如圖12所示，余隙活塞與余隙桿采用螺紋連接，兩者無間隙，杜絕了余隙活塞來回撞擊余隙桿的可能性。
2.機組維護(hù)保養(yǎng)工作有缺項，該機組在出現(xiàn)故障時距生產(chǎn)時間已有四年時間，機組已運行了7075小時，通過檢查前期各級保養(yǎng)工作報告發(fā)現(xiàn)，在機組前期運行的各級維保中均未對氣缸余隙頭進(jìn)行檢查，余隙活塞O型圈老化未曾發(fā)現(xiàn)，更未曾更換。如前所述，余隙活塞O型圈老化是導(dǎo)致后面一系列故障的直接原因。結(jié)構(gòu)設(shè)計的不合理加上維保工作的缺失，直接造成了本次故障的出現(xiàn)。
3.壓縮機出廠設(shè)定的報警值、連鎖停機值偏大，設(shè)置不合理，機組報警未起作用。由于機組振動值報警值為10mm/s，停機值為14mm/s，高于機組異常運行期間4mm/s到8mm/s的波動值，四號缸排氣溫度和填料溫度報警值均為126℃，停機值為132℃，遠(yuǎn)高于實際運行的一級排氣溫度（60℃）。在機組出現(xiàn)巨大異響，現(xiàn)場人員組織停機期間，各檢測點均未達(dá)到機組報警停機值。因而機組的檢測參數(shù)異常報警停機作用未得到體現(xiàn)。導(dǎo)致機組在異常情況下繼續(xù)運行，機組受損度嚴(yán)重擴大。
4.現(xiàn)場值班人員缺乏機械故障診斷技能，對壓縮機初始故障未能及時發(fā)現(xiàn)，沒有在第一時間采取措施，造成了故障的擴大。從圖2機組振動參數(shù)變化趨勢分析，1點05分，機組振動由2.7mm/s上升至4.22mm/s。但由于振動值距離報警值尚有較大差距，未能引起值班人員的高度重視。1點11分至3點50分之間，振動值在4mm/s到8mm/s之間波動，且異響聲較大，值班人員仍未采取停機措施。直到4點左右才向公司調(diào)控中心申請停機。壓縮機組在異常情況下運轉(zhuǎn)三個小時，導(dǎo)致了機組故障嚴(yán)重程度的擴大。
六、運行管理相關(guān)建議
綜合前文所述，在此提出以下建議，以防止類似故障的再次發(fā)生，促進(jìn)提高壓縮機運行管理水平。
1.加強基層一線員工專業(yè)技能培訓(xùn)，重點針對壓縮機組的巡檢要求、故障判斷等開展專業(yè)培訓(xùn)，提高現(xiàn)場巡檢發(fā)現(xiàn)問題能力以及故障判斷能力，讓巡檢過程真正有所發(fā)現(xiàn)。
2.加強設(shè)備故障應(yīng)急管理，明確應(yīng)急處置措施，定期開展應(yīng)急演練工作，提高一線人員在遇到設(shè)備故障后的正確決斷和快速處置能力。
3.加強壓縮機維護(hù)保養(yǎng)管理，完善壓縮機維護(hù)保養(yǎng)管理規(guī)定，對維護(hù)保養(yǎng)內(nèi)容根據(jù)機組實際情況進(jìn)行修訂，提高維修保養(yǎng)的及時性和有效性。
4.建立定期回訪制度，加強生產(chǎn)廠家與用戶對接，壓縮機生產(chǎn)方和使用方定期開展技術(shù)交流會議，共同關(guān)注，確保機組的長久安全平穩(wěn)運行。
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