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    呂子文（1971-）男，湖北潛江人，本科，工程師，1995年畢業(yè)于江漢石油學(xué)院儀表自動化專業(yè)，2005年畢業(yè)于中國石油大學(xué)油氣儲運(yùn)工程專業(yè)，現(xiàn)就職于中石油中亞天然氣管道有限公司，主要從事壓縮機(jī)組及其輔助設(shè)備的安全生產(chǎn)運(yùn)營及增壓站全面管理工作。

    摘要：府谷壓氣站燃?xì)廨啓C(jī)-壓縮機(jī)組已經(jīng)安全運(yùn)行8年多，由于機(jī)組長期運(yùn)行，設(shè)備組件老化，機(jī)組出現(xiàn)故障的次數(shù)、幾率逐步上升，故障處理的難度也在逐漸增加。如何安全、快速、有效的解決機(jī)組出現(xiàn)的各種故障，保障機(jī)組安全平穩(wěn)運(yùn)行顯得非常重要。本文僅針對機(jī)組邏輯控制圖在機(jī)組故障處理過程中的應(yīng)用，以案例的方式詳細(xì)的闡述了機(jī)組故障處理的方法，旨在說明進(jìn)行機(jī)組故障處理時，不同的思路和方法在機(jī)組故障處理過程中具有不同的效用，以達(dá)到拋磚引玉、拓展思路的目的。

    關(guān)鍵詞：燃?xì)廨啓C(jī)；離心壓縮；NGP；NPT；機(jī)組邏輯控制圖

    Abstract: Gas-turbine compressor units in Fugu Compressor Station have already worked in security for more than 8 years。 Since the compressor units have been running long-time, the equipments have been aging, the frequency and rate of malfunctions appearing in the equipments have been increasing step by step, it must been ensured that the compressor units run in security and stability.In this paper, we describe in detail that the measures of the malfunctions of the compressor units by cases of the application of logic control chart in the process of disposing malfunction of compressor units. This indicates that when the malfunctions were disposed, there are different thoughts and methods which can achieve different effects.

    Key words: Gas Turbine; centrifugal compressor; NGP; NPT; Unit Control Logic Charts

    1 設(shè)備概況與分析

    府谷壓氣站是陜京一線輸氣管道上五座壓氣站中的第三座。府谷壓氣站有三套從美國引進(jìn)的燃?xì)廨啓C(jī)-離心壓縮機(jī)組（以下簡稱燃壓機(jī)組），它們分別是美國SOLAR公司生產(chǎn)的TaurusTM 60型燃?xì)廨啓C(jī)和美國Dresser-Rand公司生產(chǎn)的CDP-416型離心壓縮機(jī)成撬而成。府谷壓氣站燃壓機(jī)組裝機(jī)容量為16020kW，2000年11月建成投產(chǎn)，三臺套燃壓機(jī)組同時運(yùn)行時，日輸氣量可達(dá)1030萬標(biāo)方/日，年輸氣量36億標(biāo)方，能夠很好地滿足大氣量輸氣生產(chǎn)的需求。到目前為止，A、B兩臺機(jī)組的運(yùn)行時間都已接近3萬小時，三臺機(jī)組在歷年來的冬季大氣量輸氣生產(chǎn)過程中發(fā)揮了重大的作用。可以說，雖然府谷壓氣站是陜京輸氣管道中重要的一座中間壓氣站，卻起著承上啟下的關(guān)鍵作用。

    隨著機(jī)組長時間的運(yùn)行，機(jī)組的各個部件逐漸開始老化，故障率逐漸升高，而且由于府谷壓氣站的地理位置的重要性決定了府谷壓氣站機(jī)組必須長時間運(yùn)行或確保一直處于正常可用狀態(tài)，在這樣的情況下，快速、有效的及時處理機(jī)組出現(xiàn)的各類故障就顯得尤為重要。

    2 機(jī)組控制邏輯圖在機(jī)組故障處理中的重要意義

    本文不討論需要對機(jī)組進(jìn)行的預(yù)防性的常規(guī)維護(hù)工作，只對機(jī)組出現(xiàn)故障時的處理方法進(jìn)行討論。在府谷壓氣站機(jī)組出現(xiàn)故障時，實(shí)際上除了通用的分析、處理方法外，還經(jīng)常借助于機(jī)組控制邏輯圖對機(jī)組故障進(jìn)行分析判斷，以達(dá)到快速解決機(jī)組故障的目的。經(jīng)過大量的實(shí)際應(yīng)用，筆者發(fā)現(xiàn)這種方法對機(jī)組故障的判斷處理有直接的幫助，使得故障的判斷處理極為迅速有效。因此，掌握了機(jī)組控制邏輯圖法對機(jī)組故障進(jìn)行判斷、分析，對確保機(jī)組能夠及時、有效的排除故障，快速恢復(fù)機(jī)組到正常狀態(tài)有著非常重要的實(shí)際指導(dǎo)意義。

    府谷壓氣站機(jī)組自2000年11月開始運(yùn)行以來，出現(xiàn)過不少的常規(guī)和非常規(guī)故障，據(jù)統(tǒng)計大約有90%以上的常規(guī)和非常規(guī)故障都可以通過運(yùn)用機(jī)組邏輯控制圖法進(jìn)行快速、有效的判斷、解決，而且能夠有效縮短故障排查和處理的時間，提高機(jī)組的可用率。

    3 機(jī)組控制邏輯圖在故障處理過程中的實(shí)際應(yīng)用

    燃壓機(jī)組出現(xiàn)故障時，通過機(jī)組控制邏輯圖分析法可以很直觀的分析出故障的類別以及故障所在的可能部位，然后再結(jié)合通常的檢查辦法，就可以較快的將故障排除。為了更加形象地對機(jī)組控制邏輯圖分析法及其在府谷壓氣站的應(yīng)用進(jìn)行說明，特以府谷壓氣站曾經(jīng)出現(xiàn)過的故障舉例如下：

    案例一：“POWER TURBINE BREAKAWAY FAIL”動力透平脫離失敗停機(jī)故障

    根據(jù)通常的分析方法，可以得知，與動力透平脫離相關(guān)的信號、設(shè)備有：動力透平轉(zhuǎn)速、燃機(jī)燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速；轉(zhuǎn)速檢測探頭、信號通道連接電纜、浪涌保護(hù)器、速度信號輸入模塊、電機(jī)控制變頻器、380AC電源部分、電機(jī)、燃機(jī)附屬齒輪箱等等。如果要徹底查清該故障出現(xiàn)的原因，就有可能需要對上述相關(guān)信號和設(shè)備一一進(jìn)行檢查、分析，這樣工作量很大而且會浪費(fèi)很多時間。當(dāng)然，根據(jù)故障出現(xiàn)的可能性，可以把故障可能發(fā)生的范圍縮小到動力透平轉(zhuǎn)速、轉(zhuǎn)速檢測探頭、信號通道連接電纜、浪涌保護(hù)器、速度信號輸入模塊、電機(jī)控制變頻器、燃機(jī)附屬齒輪箱等，但即使這樣，一一檢查起來，工作量仍然不小。如果借助機(jī)組控制邏輯圖，就可以將查找范圍縮小到一個很小的范圍（盡管也可能將故障設(shè)備排除在外，不過根據(jù)在府谷壓氣站曾經(jīng)出現(xiàn)過的故障，通過使用機(jī)組控制邏輯圖來幫助排查故障設(shè)備的經(jīng)驗(yàn)來看，這種情況發(fā)生的可能性非常?。?，如下圖1所示。
                   
                       
                         圖1     “POWER TURBINE BREAKAWAY”  邏輯控制圖 

    從圖1中可以看出，導(dǎo)致“POWER TURBINE BREAKAWAY”報警信息出現(xiàn)的條件只有兩個，而且必須是兩個條件同時出現(xiàn)時，才會導(dǎo)致“POWER TURBINE BREAKAWAY”報警信息出現(xiàn)，從而將前述所列的12個可能故障點(diǎn)一下子縮減到了2個，即：機(jī)組NGP轉(zhuǎn)速達(dá)到65%以上，同時NPT轉(zhuǎn)速低于5%，可以極大的加快故障排查的速度。

    在實(shí)際故障處理過程中，我們發(fā)現(xiàn)NGP（燃?xì)獍l(fā)生器轉(zhuǎn)速）達(dá)到65%以上時，NPT（動力透平轉(zhuǎn)速）實(shí)際上已經(jīng)達(dá)到了20%以上，根據(jù)機(jī)組邏輯控制圖中的邏輯控制原理，在速度檢測設(shè)備均正常情況下，機(jī)組不應(yīng)該出現(xiàn)這一故障。那么，出現(xiàn)了這種情況只能說明其中有一個轉(zhuǎn)速檢測探頭或數(shù)據(jù)傳輸通道出現(xiàn)了問題。于是，將NGP和NPT轉(zhuǎn)速以100ms的掃描間隔時間置于同一個實(shí)時趨勢圖中，重新啟動機(jī)組。在機(jī)組啟動過程中，實(shí)時NPT曲線在壓縮機(jī)NPT轉(zhuǎn)速達(dá)到25%左右時突然出現(xiàn)一個向下的尖波中斷，NPT轉(zhuǎn)速突然降低為零，如圖2所示。
                          
                    
                                    圖2  NPT轉(zhuǎn)速達(dá)到25%左右突然出現(xiàn)一個向下

    此時“NPT Un d e r 5%”邏輯塊輸出“1”，同時“NGP Above 65%”邏輯塊滿足條件，也輸出“1”，當(dāng)兩個條件同時輸出“1”時，導(dǎo)致“POWER TURBINE BREAKAWAY”報警信息出現(xiàn)并停機(jī)。因此，根據(jù)NPT轉(zhuǎn)速達(dá)到25%左右出現(xiàn)中斷尖波的信息，結(jié)合對數(shù)據(jù)傳輸通道的檢測結(jié)果可以進(jìn)一步得到以下判斷：機(jī)組通信通道工作正常；各個通訊模塊工作正常；浪涌保護(hù)器工作正常；NPT轉(zhuǎn)速探頭存在故障；考慮到現(xiàn)場機(jī)組運(yùn)行時震動較大，探頭延伸電纜也可能存在故障。

    根據(jù)以上得到的判斷，再經(jīng)過現(xiàn)場對探頭延伸電纜的檢查，很快判斷出是由于NPT轉(zhuǎn)速探頭故障導(dǎo)致的機(jī)組停機(jī)。更換NPT探頭，再次啟動機(jī)組進(jìn)行測試，機(jī)組一次性啟動成功。機(jī)組正常啟動的曲線如圖3所示。
             
                   
                           圖3   機(jī)組正常后NPT轉(zhuǎn)速運(yùn)行曲線

    案例一中描述的故障在處理方法和過程上很快說明了一個事實(shí)，那就是：在進(jìn)行機(jī)組故障處理的過程中輔以機(jī)組邏輯控制圖，就可以達(dá)到事半功倍的效果。

    案例二：“POWER TURBINE UNDERSPEED”動力透平低速停機(jī)故障

    府谷壓氣站在機(jī)組運(yùn)行過程中，在調(diào)整轉(zhuǎn)速的時候曾出現(xiàn)過“POWER TURBINE UNDERSPEED”動力透平低速停機(jī)故障。根據(jù)通常的分析方法，當(dāng)出現(xiàn)“POWER TURBINEUNDERSPEED”動力透平低速停機(jī)報警信息時，根據(jù)機(jī)組結(jié)構(gòu)和控制原理可以判斷可能出現(xiàn)的故障點(diǎn)如下所列：

    （1）機(jī)組正常運(yùn)行時的實(shí)際NPT轉(zhuǎn)速低于50%；

    （2）NPT轉(zhuǎn)速探頭出現(xiàn)故障；

    （3）NPT探頭延伸電纜故障；

    （4）電纜各個連接點(diǎn)接觸不良；

    （5）浪涌保護(hù)器故障；

    （6）速度輸入模塊故障。

    根據(jù)以上6條判斷出來的信息，如果逐步一一進(jìn)行檢查，需要花費(fèi)大量的時間。但是從如圖4所示的邏輯控制圖可以看到其中還隱藏著以下幾個信息：

    （1）機(jī)組第一次運(yùn)行的時候，機(jī)組NPT轉(zhuǎn)速必須超過60%；

    （2）機(jī)組運(yùn)行正常后，機(jī)組NPT轉(zhuǎn)速不得低于50%；

    （3）機(jī)組第一次運(yùn)行的時候，如果NPT轉(zhuǎn)速不超過60%，6分鐘后將停機(jī)；

    （4）機(jī)組不存在任何硬件和軟件的故障。

    根據(jù)以上情況，可以看出，如果在進(jìn)行機(jī)組調(diào)整轉(zhuǎn)速時造成機(jī)組“POWER TURBINE UNDERSPEED”動力透平低速停機(jī)后，如果查找不到任何故障時，按照機(jī)組邏輯控制圖就可以得到上述的另外3條信息，可以比較容易的就可以得到該故障是由于機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)整不正確而導(dǎo)致的故障，從而在下次進(jìn)行機(jī)組轉(zhuǎn)速調(diào)整時進(jìn)行避免。
            
                 
                    圖4    “POWER TURBINE BREAKAWAY” 邏輯控制圖

    雖然通過機(jī)組邏輯控制圖輔助能夠快速判斷機(jī)組故障，但機(jī)組邏輯控制圖也并不是萬能的，不可能在任何機(jī)組故障判斷中都能夠起到簡化故障，快速分析、判斷故障的作用。不能盲目的在每一次機(jī)組出現(xiàn)故障時全部依賴機(jī)組邏輯控制圖來進(jìn)行機(jī)組故障的判斷，否則就是教條主義了。因此，采用多種方法進(jìn)行綜合判斷才是解決機(jī)組故障的最終解決辦法。

    案例三:“T5 HIGH” T5溫度高報警停機(jī)故障在2003、2004年機(jī)組大排量運(yùn)行的過程中，府谷壓氣站機(jī)組曾出現(xiàn)過機(jī)組啟動困難，并在機(jī)組啟動過程中NGP到達(dá)60%NGP之前出現(xiàn)“T5 HIGH”，即T5溫度高報警停機(jī)。如果僅僅通過機(jī)組邏輯控制圖（如圖5所示）來進(jìn)行判斷，可以得到以下信息：（1）機(jī)組燃?xì)廨啓C(jī)在啟動過程中T5溫度超過了1450℉；

    （2）在啟動過程中，發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速已經(jīng)在60%NGP以上。
        
                      
                                  圖5  T5  HIGH邏輯控制圖

    從圖5的機(jī)組邏輯控制圖中判斷出的信息中可以看出，要解決本次的T5溫度高停機(jī)，就要解決T5溫度高的問題。但是，僅僅從上述兩個判斷信息來看，可以說幾乎無法入手。因此，對于該故障來說，雖然給處理故障提供了一個方向，限定了一個范圍，但僅僅依靠機(jī)組邏輯控制圖中判斷出的信息來解決T5溫度高故障顯然是不合適的。因此在這樣的情況下，還需要使用常規(guī)的方法來進(jìn)行判斷。工作人員通過常規(guī)的方法進(jìn)行分析后，得出T5溫度高的產(chǎn)生原因與以下信息有關(guān)：（1）機(jī)組燃料控制閥出現(xiàn)故障，控制閥的開度偏大，導(dǎo)致燃料氣供給較多；（2）機(jī)組燃-空壓差（燃料氣壓力與壓氣機(jī)出口空氣壓力差）檢測變送器故障，導(dǎo)致檢測到的燃-空壓差比實(shí)際值偏大；（3）機(jī)組燃-空壓差控制參數(shù)隨著機(jī)組的長時間運(yùn)行，已經(jīng)變得不合適，需要調(diào)整；（4）機(jī)組點(diǎn)火斜坡控制曲線參數(shù)（加速比）設(shè)置不合適；（5）機(jī)組燃料氣噴嘴堵塞，導(dǎo)致通過噴嘴實(shí)際進(jìn)入燃燒室的空氣量偏低；（6）T5探頭、信號檢測傳輸通道（含電纜、浪涌保護(hù)器、信號處理模塊等）出現(xiàn)故障，T5溫度信號錯誤。

    根據(jù)以上6條判斷的信息，并針對故障發(fā)生的可能性進(jìn)行了研究，將其中“機(jī)組燃?xì)?mdash;空氣壓差檢測變送器故障”、“T5探頭信號檢測傳輸通道故障”、“機(jī)組燃料氣噴嘴堵塞故障”作為重點(diǎn)對象進(jìn)行了排查，并在最后將故障鎖定在機(jī)組燃料氣噴嘴堵塞的問題上。組織人員將機(jī)組燃料氣噴嘴拆下檢查，發(fā)現(xiàn)燃料氣噴嘴堵塞嚴(yán)重，如圖6所示。

                          
                                          圖6  機(jī)組燃料氣噴嘴堵塞故障

    結(jié)合機(jī)組工作原理和噴嘴堵塞的情況，經(jīng)過分析后，筆者發(fā)現(xiàn)了這樣一個現(xiàn)象：當(dāng)機(jī)組噴嘴嚴(yán)重堵塞后，在機(jī)組啟動過程中，噴嘴堵塞將導(dǎo)致實(shí)際進(jìn)入燃燒室的空氣量偏低，而此時燃-空壓差隨著機(jī)組轉(zhuǎn)速的增加持續(xù)增加，為了將燃-空壓差控制在15PSI的范圍內(nèi)，加速斜坡程序控制持續(xù)打開燃料氣控制閥的開度，以增加燃料氣的壓力，從而導(dǎo)致進(jìn)入燃燒室的燃料氣量持續(xù)增加。由于噴嘴堵塞，進(jìn)入燃燒室的空氣的量相對于燃料氣量來說始終偏低，最終由于燃料氣過量導(dǎo)致T5溫度在很短的時間超過1450℉而停機(jī)，如圖7所示。

                        
                                       圖7  機(jī)組燃料氣噴嘴堵塞故障時啟動曲線與正常曲線的比較  

    從圖7中可以看出，在加速斜坡過程，正常情況下燃料氣的供應(yīng)量是逐漸增加的，當(dāng)T5溫度達(dá)到一個最高值后，逐步下降，并趨于平穩(wěn)。而在故障情況下，燃料氣的供應(yīng)量急速升高，從而導(dǎo)致T5溫度快速升高，很快達(dá)到1450℉的停機(jī)值。

    從案例三中可以看出，機(jī)組邏輯控制圖在本故障案例中所起的作用并不大，僅僅給處理故障提供了一個方向，限定了一個大概的范圍，并沒有像案例一和案例二中那樣能夠?qū)⑴挪橹攸c(diǎn)很快限定在一個很小的范圍，因此，機(jī)組邏輯控制圖在處理機(jī)組故障的時候并不是萬能的。

    4 結(jié)論

    綜上所述，機(jī)組邏輯控制圖在處理大多數(shù)機(jī)組故障的時候是非常有效的，但并不是萬能的。目前，府谷壓氣站三臺套燃壓機(jī)組運(yùn)行時間長、設(shè)備組件老化，使得機(jī)組故障頻發(fā)，而且在當(dāng)前機(jī)組需要大負(fù)荷運(yùn)行、大氣量輸氣，機(jī)組出現(xiàn)故障的時候，如何快速解決處理故障，確定機(jī)組發(fā)生故障的可能范圍，使機(jī)組快速恢復(fù)運(yùn)行就顯得非常重要。因此，掌握了機(jī)組邏輯控制圖法，就相當(dāng)于多掌握了一種好的解決機(jī)組故障的方法，有助于快速的解決機(jī)組故障。

    參考文獻(xiàn)：

    [1] Solar Turbines, TaurusTM 60 Operation & Maintenance Instructions Manual.

    [2] Dresser-Rand, CDP-416 Compressor Service Manual.

    摘自《自動化博覽》2010年第十期