反向角机械事故典型现场(往复式式压缩机)

CooperEnergyServicesInternationalBeijing,China库伯能源服务国际公司中国，北京温五注气压缩机组试运行情况汇报温五注气压缩机试运行情况汇报•压缩机组试运行情况•故障分析•下部措施压缩机组试运行情况温五注气压缩机自2002年12月16日开机磨合，《注气压缩机组操作规程》中的磨合调试步骤，逐步加载运行，目前最高加载压力达到36.5MPaG，机组累计运行322小时。在试运行过程中四次出现五级压缩缸十字头故障：第一次在2003年1月9日，机组累计磨合155小时。第二次在2月14日，机组累计磨合191小时。第三次在2月27日，机组累计磨合295小时。第四次在4月10日，机组累计运行322小时。表一、压缩机组磨合步骤（压力单位：MPaG）五级排压时间备注五级排压时间备注0-1.712hrs停机检查10.4-13.724hrs1.7-3.412hrs13.8-17.224hrs3.5-5.112hrs17.3-24.124hrs停机检查5.2-6.912hrs24.2－31.024hrs7.0-10.324hrs停机检查31.1-38.024hrs停机检查压缩机组磨合共计八天，目的是要磨合好高压气缸的压力盘根和活塞环及支撑环。检查内容:1、测量各级活塞杆跑偏；2、测量十字头间隙，检查盘根密封性及各运动部件的磨合情况；3、通过拆开缸头盖和排气阀盖检查气缸润滑情况和磨损状况.重点是四、五级(5.000”/3.125”缸)。第一次试运行故障发生在2003年1月9日15：00，当时机组已磨合155小时，压缩机五级排压27.0MPaG。在机组正常运行时，首次按照压缩机组自动停机程序停机，在停机过程中出现压缩机机身超振动停机，检查发现压缩机五级气缸十字头、十字头鞋、连杆、衬套、十字头销、连杆瓦等零件损坏。图一、五级压缩缸第二次试运行故障发生在2月14日，机组已磨合191小时。经过换件修复于2003年2月12日开机继续磨合，2月14日加载至35.0MPaG运行，由于五级出口缓冲罐丝堵出现泄漏故障，采用手动缓慢卸载（打开配气阀组上的节流阀，降低排气压力），当压力降至15.0MPaG出现压缩机机身超振动停机，检查发现损坏件与第一次相同。第三次试运行故障发生在2月27日，机组已累计运行295小时。2月20日完成压缩机修复工作，26日按照公司总部确认修改的停机逻辑程序对压缩机进行调整，启机运行；27日压缩机五级出口压力达到31.0MPaG，15：50为检验停机程序安全性，用外输阀组上的节流阀缓慢降压至25.0MPaG，显示五级排气压力低停机，停机过程中没有发现异常现象；停机后检查发现五级十字头、连杆及相关件损坏，第二次出现类似故障。第四次试运行故障发生在4月10日，机组已累计322小时。4月7日完成压缩机修复安装工作，并按照公司总部确认修改的停机逻辑程序对压缩机进行调整，启机运行；发生事故前压缩机组已经历24小时空载磨合，3小时加载运行。最后一次机组运行，排气压力升至36.5MPaG，运行转速950－980rpm，约50分钟后发现压缩机曲轴箱呼吸器冒烟，手动紧急停机，检查发现连杆铜套、十字头鞋及十字头销损坏。故障原因分析及采取措施（一）故障原因分析（二）采取措施第一次故障原因分析1月9日机组试运行中出现故障后，吐哈油田公司开发处组织温米采油厂、Cooper公司和Waukesha服务工程师共同对故障原因进行分析，认为自动程序停机过程中因五级排气压力卸压不及时造成五级缸活塞杆反向角过小，导致连杆衬套及十字头销孔缺乏足够的润滑从而被损坏。当时压缩机组的运行工况•压力Ps=0.116,Pd1=0.64,Pd2=1.72,Pd3=4.96,Pd4=12.99,Pd5=27.42MPaG•进排气温度Ts1=5.0,Ts2=38.0,Ts3=38.0,Ts4=35.0,Ts5=32.0,Td1=97.0,Td2=116.0,Td3=121.0,Td4=114.0,Td5=110.0℃•转速750-760rpm•可调余隙VVP1/2/3/4=3.5”压缩机组自动停机步骤•按下控制盘上的STOP按钮；•机组从运行转速缓慢降至怠速；•压缩机低压旁通阀缓慢开启、同时机组排气放空阀打开；•10秒后，高压旁通阀缓慢开启；•当五级排压降至1.72MPaG（250psig）时，放空阀关闭，机组怠速运行5分钟后，关断燃料气阀停机，压缩机入口缓慢关闭；•待发动机润滑油压降至0.10MPaG时，机组的后润滑自动启动，5分钟后停止。采取措施1.为提高五级排气后冷的工艺气温度，将空冷器散热管在空冷器内用岩棉保温；2.为避免压缩机排气自动放空阀冻堵，对五级空冷后排气管线加设电伴热并保温；3.同时电伴热并保温用于机组试运行控制排气压力的配气阀组，防止阀组上的节流阀不被冻堵，确保压缩机组排气压力相对稳定；4.对机组级间分离器及排污管线加设电伴热及保温。图二、伴热保温后的五级后冷管线图三、保温后的配气阀组图四、保温后的级间分离器第二次故障原因分析2月14日由于五级出口缓冲罐丝堵泄漏，采用手动缓慢卸载停机整改问题时再次出现十字头、连杆损坏故障。开发处组织了专题分析会，分析认为：连杆反向角在卸压过程中变化大，转速、压缩机进气压力和五级排气压力是主要影响因素，压缩机组运行工况电算结果表明压缩机转速在800rpm以下和五级排压较低运行时活塞杆反向角小，容易出现故障。当时压缩机组的运行工况•压力Ps=0.135,Pd1=0.82,Pd2=2.21,Pd3=5.73,Pd4=13.73,Pd5=35.42MPaG•进排气温度Ts1=8.0,Ts2=50.0,Ts3=57.0,Ts4=55.0,Ts5=55.0；Td1=104.0,Td2=125.0,Td3=133.0，Td4=126.0，Td5=120.0℃•转速760rpm•可调余隙VVP1/2/3/4=3.5”采取措施为避免压缩机排气压力降低时导致活塞杆反向角故障，建议并经生产厂确认修改自动停机逻辑，按以下步骤操作：1.机组怠由750上调到825rpm；2.增加压缩机组的保护：转速825rpm压缩机不能加载，机组负载后转速低于810rpm停机；3.增加五级排气压力低停机保护，设定低停机压力值17.9MPaG；4.机组自动停机步骤：•从运行转速缓慢降至怠速；•机组在怠速下运行两分钟后关断发动机燃料气阀停机,压缩机入口阀门缓慢关闭；•当发动机油压低压100KPaG时，机组自动后润滑运行五分钟；•五级空冷后自动放空阀打开卸压,当五级排压降至1.72MPaG（250psig）时五级空冷后自动放空阀关闭，二级回一级低压旁通阀、五级回三级高压旁通阀打开，同时压缩机入口阀门缓慢关闭。为提高机组安全性现场采取加强措施：1.将机组怠速提高到830rpm；2.改定压缩机五级出口压力低停机值为25.0MPaG。机组自动停机步骤（续）图五、损害部件（第一个十字头销）图六、损坏部件（第一个十字头销孔）图七、损坏部件（第一个连杆）图八、损坏部件（第二个连杆）图九、损坏部件（十字头鞋）第三次故障原因分析2月27日压缩机五级出口压力达到31.0MPaG，15：50采用自动停机程序停机，目的是检验停机程序安全性，用外输阀组上的节流阀缓慢降压至25.0MPaG，显示五级排气压力低停机（降压过程中经历的最小反向角为33度,停机过程中没有发现异常现象；停机后检查发现五级十字头、连杆及相关件损坏，第三次出现类似故障（损坏程度有所减轻），但可以确认仍然是活塞杆反向角故障。当时压缩机组的运行工况•压力Ps=0.165,Pd1=0.78,Pd2=2.11,Pd3=5.10,Pd4=13.10,Pd5=32.15MPaG；•进排气温度Ts1=8.0,Ts2=52.0,Ts3=54.0,Ts4=46.0,Ts5=56.0；Td1=108.0,Td2=128.0,Td3=129.0,Td4=133.0,Td5=137.0•转速835rpm•可调余隙VVP1/2/3=4.0,VVP4=0。表二、五级缸活塞杆反向角排气排压MPaG0.080.100.120.140.160.1818.054.056.060.066.076.081.020.042.044.046.048.050.052.022.033.036.038.041.043.045.024.026.030.033.036.038.040.026.020.025.028.032.034.039.028.016.021.025.029.033.038.030.011.018.022.027.033.048.032.037.032.025.026.051.050.034.033.027.020.030.053.052.036.029.027.026.057.057.056.038.036.035.063.062.060.059.040.059.053.072.069.066.064.0The5thStageRodReversal(Degrees)进气压力825rpm,VVP1/2/3=4,VVP4=0图十、损坏部件（第三个连杆）图十一、损坏部件（第三个十字头销）图十二、损坏部件（第三个十字头鞋）采取的措施为避免压缩机排气压力降低时导致活塞杆反向角故障，同时为满足合同技术规范要求，建议并经生产厂确认压缩机组运行工况并修改机组参数的设定如下：•机组怠由825下调到750rpm；•压缩机组的保护：转速750rpm压缩机不能加载，机组负载后转速低于740rpm停机；•五级排气压力低停机保护设定，低停机压力值由25.0上调到34.0MPaG；采取的措施（续）•为保证压缩机进气压力稳定，建议加设进站压力自动控制阀，并按后附运行工况的设定值进行压力的调定;•为保证压缩机组连续运行，建议用户将外输阀组上的压力截止阀关断压力由28MPaG上调到35MPaG;•建议加设排气压力自动回流阀，以自动控制排气压力确保压缩机组运行平稳，否则，当压缩机组排量大于注气量时将导致机组排气压力超高停机。确认的机组运行工况工况一（一级缸双作用）进气压力：0.11-0.20，排气压力：35-38MPaG,转速：750rpm,排量：8.7-14.5X10^4Nm3/d；停机设定：进压低于0.10、排压低于34.0MPaG.工况二（一级缸双作用）进气压力：0.17-0.20，排气压力：35.0-38MPaG，转速：750-1000rpm,排量：13.1-18.8x10^4Nm3/d停机设定：进压低于0.12,排压低于34.0MPaG.（这个工况较容易操作，可调范围也较大）压缩机组实际运行工况•压力Ps=0.185,Pd1=0.82,Pd2=2.20,Pd3=5.73,Pd4=13.96,Pd5=36.70MPaG；•进排气温度Ts1=13.0,Ts2=41.0,Ts3=42.0,Ts4=43.0,Ts5=45.0；Td1=106.0,Td2=118.0,Td3=119.0,Td4=115.0,Td5=117.0•转速900-985rpm•可调余隙VVP1=7.0,VVP2/3/4=4.0。第四次故障原因分析•虽然五级活塞杆的反向角在当时稳定的运行工况下为64度。但在加载过程中，机组的转速和排气压力是逐渐升高的，五级活塞杆反向角会经历一段小于30度的过程，即使机组稳定在900rpm时，进气压力在从0.16逐渐上调至0.185MPaG，五级缸经历的最小反向角为38度，反向角偏小；•连杆小头有一个铜套错位一个油槽（约20度），可能会影响小头润滑油膜的形成或油膜的强度（见附图）；•初步结论：这次故障是由于铜套缺乏足够的润滑而先逐渐烧损剥落、十字头销与铜套间隙逐渐变大，改变了十字头的受力（撞击跳动），导致十字头鞋和滑道间的润滑油膜被破坏，十字头鞋上的合金因局部高温烧融剥落，这种情况很快加剧，及时发现了从压缩机呼吸阀冒出的润滑油烟雾。图十三、连杆铜套位置还原后的照片表三、活塞杆反向角汇总表可调余隙VVP1=7”,VVP2/3/4=4”转速750RPM825RPM9