DPC800 压缩机意外停机故障诊断方法研究

马 云，赵伟军，李红旗，矫千礼

（1.中国石油吐哈油田公司物资保障中心，新疆鄯善 838202；2.中国石油吐哈油田公司鄯善管理区，新疆鄯善 838202）

0 引言

吐哈油田公司共有4 台美国库柏公司生产的DPC800 大型天然气压缩机组，机组功率630 kW，转速250～400 r/min，该机组动力端和压缩机端为对置直列式，4 个动力缸构成的动力系统为二冲程发动机，压缩端共有3 个压缩缸，压缩为两级压缩，控制系统采用Altronic 公司的DE2200 单板机控制系统[1]。DPC800 压缩机意外停机即无故障停机，停机无任何故障代码和表象，故障诊断无从下手，造成的盲目检查时间长，故障点无法确认。因此，系统研究意外停机的逻辑关系，建立科学的故障诊断方法可大幅提高DPC800 压缩机维护保养质量和故障诊断效率。

1 故障诊断方法

1.1 故障分析

DPC800 压缩机组正常运行的条件有7 个：①燃烧室有足够的混合气压缩压力；②机组运行过程的负荷因小于额定负荷；③一定范围内的空燃比；④燃气切断阀运行过程的状态保持；⑤机组能够按照人机界面设置的转速运转且转速波动小于5 r/min；⑥提供足够的点火能量；⑦控制系统CPU（Central Processing Unit，中央处理器）工作正常，接线正确，无虚接和断路，供电电压稳定，仪表电器无故障。因此，导致DPC800 压缩机组意外停机的归纳为以下两种可能事件，一种是机械系统故障，另外一种是控制系统故障。

意外停机应检查机械和控制系统包含活塞连杆机构、注气机构、进气机构和机体，控制系统包含DE2200 系统、磁电机系统、点火系统、燃气切断控系统和燃气调节系统。

1.2 故障诊断模型

FAT（Fault Tree Analysis，故障树分析法）是安全系统工程的重要分析方法，建立FTD 故障树是故障分析的基础，可以直观地表达对应的故障处理逻辑，并通过部分事件串联起来表达整体故障状态[2]。为了能准确记录故障表象与根本原因之间的逻辑关系并提高诊断系统推理匹配速度，按照意外停机故障产生规则构建意外停机知识库模型（图1）。

图1 意外停机故障树

1.3 故障排除流程

（1）检查缸压。动力端活塞环、支撑环过度磨损造成燃烧室和活塞的密封性下降，会造成燃气燃烧爆发力不足的问题。盘车阶段使用缸压表测量缸压，正常缸压在140 psi（0.965 MPa）。

（2）检查负荷。机组进气量瞬时增加也可引起机组停机，日常维护注意进气量的调整。

（3）检查空燃比系统。一定范围的空燃比是机组正常运行的关键，空燃比较大可造成动力不足，表象为缸温低、转速波动大（DPC800 动力缸加载温度应调节在270～340 ℃）；而空燃比过低、燃烧不充分也可造成动力不足，进气滤芯若长时间未保养导致进气阻力大可造成空燃比降低，表象为动力不足。对于燃气供应系统而言，燃气压力调压后必须大于0.3 MPa，否则燃气量过少也可造成机组转速波动大和机组停机。注气阀是调节空燃比的关键部件，其发生故障可能造成空燃比失调，是意外停机的因素之一。

（4）检查点火系统。点火系统故障在DPC800 机组故障中占比较高，因此也成为意外停机的重点检查对象。DPC800 机组AltronicIII 磁电机点火系统按照曲轴相位发送4 个缸的点火信号，点火系统检查包括磁电机、信号分配箱、低压导线、高压线圈、高压导线、火花塞。

第一步：磁电机检查，包括二极管正向电阻和反向通断、电容的容量测试。

第二步：点火线束检查。检查时断开火花塞接地线，使用拖拽方式检查信号线绝缘。同理测量线束、高压线圈两端通断。

第三步：火花塞检查。检查并清理绝缘体和电极积碳、黑色物质。火花塞击穿或间隙过大也是点火不畅的重要原因，塞尺测量火花塞间隙，间隙不得超过6.5 mm。此外火花塞积碳和油污火花塞以外的故障可在机组盘车或运转阶段使用正时灯判定。

第四步：紧急停机线检查。AltronicIII 磁电机G 线为紧急停机线，日常维护过程检查范围包括端子接线盒使用摇表检查该线绝缘电阻。

第五步：点火提前角的检查。发动机过度爆震将降低发动机功率，合适的点火提前角可提升功率和减少油耗，点火提前角检查应将动力缸1 缸盘车至压缩上冲程，通过磁电机调整点火提前角，角度范围9°～12°。

（5）检查调速控制器。IGBT 调速控制器根据DE2200 系统设定的转速，通过对比1～5 V 控制信号和转速传感器的转速脉冲，控制致动电动机和碟片开度，从而实现调节发动机燃气压力（图2）。[3]调速控制器的磁电式感应器用于检测发动机转速脉冲信号，正常电阻1100 Ω，其间隙过大或油污厚过多易造成转速信号失真，因此间隙不得超过2.1 mm。此外，调速控制器供电电压过低或瞬时无电压、DE2200 系统的转速电压信号线接地等，也是造成蝶阀关闭的因素之一，因此应检查电压和信号线绝缘。

图2 调速控制原理

（6）检查控制系统。DE2200 控制系统包括信号采集输出板卡、接线端子、供电系统等构成。CPU 死机或采集板、开关线路松动、虚接、断路等，易造成转速控制或磁电机紧急停机和切断阀信号误动作，是造成机组意外停机的因素之一，应对以上环节进行检查。控制柜内仪表仪器和DE2200 系统供电为标准的24 V 供电，可使用多用表测量和确认直流电压。

2 结束语

DPC800 压缩机组意外停机的原因是多方面的，应结合故障诊断方法和观察停机前的机组参数、症状查找故障原因，只有在判定故障和排除故障后，方可重新启动机组。此外预防性维修工作也是确保机组正常运转的重要措施。