压缩机无油流开关误报警的一种解决方法

杨灵飞，冯金强，武 岳，郑建军

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

海洋石油平台使用天然气压缩机为天然气增压，用于外输或发电。天然气压缩机安全稳定的运行关系到海洋石油平台人员的生命安全和经济效益。天然气压缩机上安装的仪表探头在发生故障或报警时，能使压缩机转入预定安全状态，但是由于探头本身的原因经常误报警会造成不必要的停机，给油田带来不必要的经济损失。于是在保证安全性不变的基础上，对压缩机相应软硬件进行改造，使其降低误报几率，提高可用性显得尤为重要。

1 项目背景

南海某海洋石油平台从气井收集天然气、处理、加压、过滤后，经海管输送到陆地终端并销售。在平台上采用5台往复式天然气压缩机为天然气加压，使其满足外输的要求。压缩机的安全稳定地运行，关乎到平台作业人员的生命安全和整个作业公司的经济效益。在项目投产以后运行的一年当中，天然气压缩机因为入口天然气压力低低报警，洗涤罐液位变送器信号跳变、温度变送器跳变，冷却海水压力高高报警、润滑油压力低低报警、无油流开关报警等原因多次关停，造成生产的多次中断，给天然气用户造成影响。通过统计发现，液位变送器报警和无油流开关报警发生的频次最多，明显多于其它几项。后续运行过程中逐步查找原因，并进行了整改，除了无油流开关报警其它问题都得到了解决。期间润滑油压力低低报警引发的关停发生了3 次，最后找到的原因是拖动压缩机的变频器内部的互感器出现裂纹，推测无油流开关报警受到了它的影响，更换变频器互感器之后，润滑油压力低低的报警不再发生，但无油流开关报警的情况没有得到任何改善。每次因无油流开关报警触发关断后，操作和维护人员通过检查其所在油路的清洁度、油路设备（柱塞泵、分配器、单向阀、爆破片）、活塞温度后，没有发现任何异常，总油路装有的压力变送器可以读出读数，观察历史趋势曲线也没有异常，但总油路压力变送器监测不到柱塞泵之后的油路。从柱塞泵、注油分配器一直到活塞的润滑油管路上，只有无油流开关检测，只能记录油滴数，不能看到油压，没有进一步的判断依据，初步推断为误报警。频繁的报警和关停严重地影响到作业公司的经济效益。为了提高天然气压缩机的可用性，挽救经济损失，另外为后续的持续观察和诊断提供更直接的依据，决定对无油流开关的油路进行改造。

2 工作原理分析

往复式压缩机上有一套专门为活塞和填料注入润滑油的柱塞泵[1]，柱塞泵是通过机械装置与压缩机主轴相连，在压缩机工作时柱塞泵同步运转，为活塞和填料注入润滑油。因需要的油量比较少，而且这些润滑油与曲轴轴承、十字头使用的润滑油不在同一个油路，所以它使用的油量需要单独检测。在柱塞泵出来的油路分配器上安装有无油流开关，用于检测为活塞和填料注入的油量。无油流开关记录单位时间流过的润滑油油滴数目，如果在单位时间流过的油滴数目小于设定数目，为了保护压缩机的活塞安全，则无油流开关的触点断开（故障安全设计），将信号送入压缩机控制系统。控制系统触发压缩机关停，避免活塞在无润滑情况下运行，造成高温烧坏。

在本案例中出现了无油流开关多次报警造成停机，操作和维护人员通过检查油路清洁度、柱塞泵、分配器、单向阀、爆破片、活塞温度后，没有发现任何问题[3]，总油路的压力变送器读数不能反映柱塞泵之后的润滑油管路信息，没有进一步的判断依据。对产生的现有状况分析如下：

1）无油流开关采用ARIEL 配置的DNFT（Digital No-Flow Timer），它通过螺纹与注油分配器连接。在无油流开关和注油分配器之间有磁性导杆通过运动来记录油滴数，如果无油流开关与注油分配器连接处因防爆线缆的拉扯而受到应力，会导致磁性导杆运动不畅，或者是内部弹簧损坏、磨损，造成误报。

2）无油流开关内部有专用电池，经过长时间的使用，电池的电量不足，也会造成误报。因此，需要定期更换电池。

3） 分配器上的爆破片通过目测没有发现问题。注油泵、分配器内部、单向阀通过手动泵油检查未发现问题。一些细微的故障，如柱塞磨损、分配器堵塞、单向阀密封不严等的分析，需要有压力数据的进一步支持。在运行过程中，注入油压持续升高一段时间还没有降低为注入困难，且持续降低一段时间还没有升高为泄漏。注入困难与泄漏都是注油管路内部或器件不正常引起的，如果零件磨损就可能导致零件之间的间隙增大[4]，当间隙超过一个可接受的程度，就会造成润滑油通过零件之间的间隙泄漏；分配器内部堵塞会造成润滑油在分配器内部本应该注入管路时没有顺利注入，导致润滑油憋在一个不应该处在的位置，阻碍了下一滴润滑油的注入，形成了润滑油注入困难；单向阀密封不严会造成润滑油受背压导致的逆向流动，导致本应该注入润滑油的数量减少，形成泄漏。

根据以上分析，无油流开关在安装或是更换电池时，需要人为地减小连接的防爆线缆的弯曲程度，尽最大可能地减轻连接处所受的应力。但这种方式因人而异，不能从根本上有效地解决润滑油泄漏，也不能为进一步的分析和诊断提供有力的数据支撑。

为了提高柱塞泵以及注油管线整体的可用性，需要在硬件上增加探头数量，以便在软件上采取表决机制，降低由于误报警导致的停机。反过来，为了避免由于错误的分析和判断造成问题的进一步扩大，需要增加压力变送器，检测详细的压力数据，记录并形成历史趋势曲线，为柱塞泵、分配器、单向阀的更精细分析提供数据支持。

3 系统改造

在注油分配器之后的油路管路再增加一个无油流开关和一个压力变送器，与原来的无油流开关一起做成三选二表决逻辑机制（没有信号旁通时）。这样既可以保证原来系统的安全性，又提高了系统的可用性[5]，同时变送器可以采集压力数据并储存起来，形成历史趋势曲线，为后续诊断提供了依据。

压缩机运行后，进行观察和录取压力变送器的数据，发现变送器显示的压力是周期性的脉动跳变的。柱塞泵注入一个油滴就出现一次波峰，油滴每次进入活塞和填料就出现一次波谷，如此反复，在触摸屏的历史趋势曲线上看到一个整齐的波形。

逻辑关系描述如下：

图1 无油流开关逻辑Fig.1 Logic of digital no-flow timer

1）两个无油流开关FS-2741，FS-2741_3 和注油检测压力变送器FS-2741_2，这3 个探头均没有处于旁通时，使用三选二表决逻辑。压缩机完成启动后，只要有其中两个报警就产生关停。

2）两个无油流开关FS-2741，FS-2741_3 和注油检测压力变送器FS-2741_2，这3 个探头有一个处于旁通时，使用二选二表决逻辑。压缩机完成启动后，处于旁通的探头是否报警均不参与表决逻辑，另外两个探头都报警就产生关停。

3）两个无油流开关FS-2741，FS-2741_3 和注油检测压力变送器FS-2741_2，这3 个探头有两个处于旁通时，使用一选一逻辑。压缩机完成启动后，处于旁通的探头是否报警均不参与表决逻辑，未旁通的探头只要报警就产生关停。

4）注油检测压力变送器FS-2741_2，设定压力的高高报警值、高报警值、低报警值，在油压小于低报警值或大于高高报警值的持续时间超过8 s 就报警，在120 s 的时间间隔内高报警和低报警出现次数小于2 就报警，如果大于等于2 就对油滴数清零，重新进入下一个计数周期，避免误差的积累。

4 逻辑关系组态

1）单个无油流开关的逻辑组态。T_B2 是压缩机完成启动后的标志位，输入的无油流开关信号需要在压缩机启动完成后有效，一但触发报警，报警信号FS_2741_ALM 需要用SR 触发器将报警锁存[2]，可以通过复位PBRST_2701M 复位，FS_2741_B 可以旁通报警。当不旁通时，FS_2741_SHOUDOWN 参与表决，旁通则表决功能块对它的值不作为参考。新增的无油流开关逻辑相同，不再列出。

图2 表决功能块Fig.2 FDB of voting

2）变送器的逻辑。T_B2 是压缩机完成启动后，压力低或压力高高持续时间超过8 s 设定时间报警，以及在120 s 内记录压力出现低值和高值的次数，确定油滴的数目，小于则报警，大于则清零。变送器的报警和无油流开关的报警汇总到表决逻辑。

5 改造后的使用效果

通过对压缩机柱塞泵之后的注油管路改造完成后，对控制回路通电，并调试逻辑表决关系。如果3 个探头都没有旁通时，有任何两个探头触发报警就引起紧急关停；如果旁通掉其中一个探头，未旁通的两个探头都触发报警才引起紧急关停；如果旁通掉其中两个探头，未旁通的探头只要触发报警就引起紧急关停，任何一个探头的报警信息都能记录到报警列表，并带时间戳。

将压缩机启动后，两个无油流开关开始工作，指示灯在计数增加时闪烁。注油管路上的压力变送器显示油压变动的数值，并以120 s 为一个周期记录油滴数目并与目标值比较，大于目标值就将计数清零进入下一个计数周期；人为关闭变送器的仪表阀，在一个计数周期记录的油滴数小于目标值就产生报警。在触摸屏上可以看到压力变送器的压力历史趋势曲线，注油管路的压力在周期性地脉动跳变，其中有4 台波形排列整齐，有一台波形有些畸变，这一台需要机械工程师进一步检查。在后续一年多的使用过程中，工作日志记录的因无油流开关误报警引起的关停次数大大减少。

6 结论

通过对压缩机柱塞泵油路改造后，增加无油流开关和压力变送器能够实现逻辑表决机制，在不降低原来的安全性的基础上，提高系统的可用性，减少由于无油流开关误报警带来的停机和经济损失。增加压力变送器，可以从触摸屏上更直观地看到注油管路的脉动压力的历史趋势曲线。这些存盘的历史数据，为后期注油管路的故障诊断和维护提供了更直接的依据。