某天然氣處理廠選用的膨脹壓縮機是加拿大PROPAK公司的FRAME 2.5型壓縮機，利用膨脹制冷時的動力進行天然氣壓縮。2022年，在一次機組正常切換過程中，滑油壓差無法穩定在1 030 kPa，不滿足啟機條件，導致無法啟機�，F場對故障原因進行了排查分析，突破國外廠家技術封鎖，對轉子進行了更換，解決了膨脹壓縮機啟動故障，完成了自主檢修和技術創新總結。
膨脹壓縮機的主結構示意圖如圖1所示，兩個葉輪背靠背安裝，分別為膨脹端和壓縮端。高壓天然氣進入膨脹端，膨脹過程中對葉輪做功的同時降低自身溫度，獲得更多分離液態產品的冷量，之后再進入壓縮端進行加壓，循環利用，達到降低能耗的目的[1]。機組正常轉速達25 000 r/min。
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膨脹壓縮機
故障背景
該天然氣處理廠出現故障的膨脹壓縮機是加拿大PROPAK公司的FRAME 2.5型壓縮機。此機組正常工作時，維持滑油罐內外壓差（DPT-X40，設定值1 030 kPa）維持在1 030 kPa，壓力調節閥PV的調節開度大部分時間維持在30%～70%[2]。
但在某次正常切換機組的過程中，在測試過程中出現滑油壓差無法穩定在1 030 kPa，不滿足啟機條件，導致無法啟機。為此，對此故障展開了逐一排查。
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故障分析排查
2.1 滑油系統排查
本次故障是滑油罐內壓差無法維持，直接體現在壓縮機的滑油系統，因此優先對滑油系統進行排查，FRAME 2.5型壓縮機的滑油系統簡圖如圖2所示。
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針對滑油壓差無法穩定的情況，對滑油系統部件進行了逐一排查，主要排查內容如下：
2.1.1 滑油液位偏低或管線發生泄漏
經過現場排查，未發現有泄漏現象，液位也在正常高度，并且通過添加滑油（208 L）排除了虛假液位的可能性。
2.1.2 滑油泵入口Y濾臟堵、單向閥卡滯、截止閥閥芯損壞
拆出Y型濾器，發現濾芯比較干凈，無臟堵現象；拆出單向閥進行檢查，狀態良好；拆檢截止閥閥芯狀態良好。
2.1.3 滑油泵損壞或其出口PSV關不嚴
更換新的滑油泵測試，故障依然存在；拆除PSV并加盲板，啟動滑油泵進行測試，故障依然存在。
2.2 密封氣供給壓力過大或不穩
現場持續關注密封氣流量和壓力，每次測試時，二者都比較穩定。
2.3 儀控系統故障
2.3.1 下游滑油回流流量調節閥故障
首先，對調節閥進行標定，狀態正常；其次，隔離此調節閥，利用該閥的旁通截止閥進行調節，故障依然存在。
2.3.2 壓力表、變送器等損壞
更換有問題的壓力表，標定變送器，故障依然存在。
2.4 膨脹機轉子故障
膨脹機內部滑油流道、迷宮密封、軸承及其他密封件損壞、失效，造成滑油壓差不穩，需更換膨脹機轉子[3]，檢查內部零部件是否發生損壞。
由于關于膨脹機附屬設備已基本排查完畢，因此可基本判斷本次故障是由膨脹機轉子故障引起的，現場隨即開展更換膨脹機轉子的工作。
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膨脹壓縮機轉子
更換作業技術難點
（1）轉速高。膨脹壓縮機轉速正常運行時為25 000 r/min，最高設計轉速達31 000 r/min，比SOLAR主機的轉速還高出1倍多。檢修過程稍有不慎，極易造成轉子損壞的事故。
（2）設備精密。雖然膨脹壓縮機轉子轉速達到25 000 r/min，但是正常運行時其振動值只在5.1～10.2 μm（0.20～0.40 mil），振動報警值為22.9 μm（0.90 mils）（1 mil=1/1 000 in）。
（3）尺寸精度高。正是由于機組轉速高、設備精密，因此其安裝尺寸精度要求極高，比如轉子竄量要求在203.2～355.6 μm（0.008～0.014 in）范圍內，葉輪與導流器之間的間隙應嚴格控制在330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in），否則會發生轉子磨損，甚至轉子破裂、損壞機組的事故。
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轉子更換作業
4.1 隔離
現場施工作業前，對膨脹壓縮機A機進行能量隔離，包括工藝隔離、電氣隔離。電氣隔離后需要再次驗電確認，工藝隔離后需要泄壓排空。
4.2 拆除機組附件
（1）拆除振動探頭、溫度探頭和轉速探頭的接線，拆除平衡閥、壓縮端排液管線。
（2）拆除壓縮端出口管線、進口管線及其短節，并裝上盲板；拆下來的管線用吊車移到地面。
4.3 拆除轉子總成
（1）拆除壓縮端葉輪擴散（導流）器，移開壓縮端蝸殼。
先拆除內部儀表管，然后拆除擴散器鎖緊螺栓，在原螺栓孔位置插入兩根固定螺桿，取出擴散器，并做好標記、做好保護；拆除壓縮端蝸殼鎖緊螺栓，將蝸殼平移至支撐臺邊緣（在壓縮端方向搭個腳手架支撐點作為導鏈掛點，將蝸殼移出）。
（2）測量葉輪軸向竄量，并對轉子進行拆卸、吊裝。
驗證拆卸前轉子竄量是否在合適范圍，設備資料要求軸向竄量為203.2～355.6 μm（0.008～0.014 in）[本次實測原轉子竄量為635.0 μm（0.025 in），已超標]。拆除轉子鎖緊螺栓，緩慢移出轉子，移動角度不能太大，否則容易損壞膨脹端葉輪；在吊裝前，先將葉輪固定并保護好。
4.4 回裝轉子
（1）檢查內部膨脹端葉輪出口錐形導流管狀態，無異常。
（2）校準噴嘴開度，檢查新轉子竄量。
使用塞尺測量噴嘴（執行器正下方）最小開度進行測量，廠家推薦標準值為76.2～127.0 μm（0.003～0.005 in）[本次實測值為127.0 μm（0.005 in），在推薦范圍內]，廠家推薦噴嘴最大開度標準值為23 114.0 μm（0.91 in）[本次實測值為23 063.2 μm（0.908 in）]。轉子竄量檢查，其中設備資料要求軸向竄量為203.2～355.6 μm（0.008～0.014 in）[本次實測為254.0 μm（0.010 in），在標準范圍內]。測量方式如圖3所示。
（3）膨脹端葉輪間隙調整。
安裝新轉子，通過墊片調節，采用壓鉛絲的測量方法，把膨脹端葉輪間隙控制在330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in）。廠家推薦的膨脹端葉輪間隙控制在330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in），但是考慮到轉子竄量的影響，在測量時已將轉子向壓縮端移動，所以實測時需將轉子竄量254.0 μm（0.010 in）加入，即其標準值應為584.2～685.8 μm（0.023～0.027 in）[本次實測值為584.2 μm（0.023 in），在標準值范圍內]。
主要注意事項：壓鉛絲需要120°均勻分布在長導流片上，每個導流片均勻貼3個鉛絲，鉛絲布局方式與測量方法如圖4所示。
（4）安裝固定壓縮端蝸殼，注意與葉輪的同軸度。
注意事項：安裝蝸殼時注意保護轉子，防止磕碰。先將壓縮端蝸殼回裝，上緊螺母后，在蝸殼地腳處加上墊片。
（5）壓縮端葉輪間隙調整。
回裝壓縮端蝸殼后，用同樣的方法在葉輪上布上鉛絲，然后安裝擴散（導流）器，上緊（扭矩為20.3 N·m）螺栓后再將其拆開，測量鉛絲數值，如果數值不對，通過墊片予以調整。廠家推薦范圍330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in），同樣考慮竄量的影響，其值應為584.2～685.8 μm（0.023～0.027 in）[本次實測值為635.0 μm（0.025 in），在標準值范圍內]。
（6）安裝壓縮端入口短節及其濾器，安裝出口彎管以及進出口管線及機組附件。
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啟機測試
5.1 滑油泵測試
（1）充壓正常后，啟動滑油泵A，將控制潤滑油進出膨脹機差壓穩定在1 030 kPa�；筒顗赫{節閥開度在30%左右。
（2）滑油A泵測試正常后，再啟動滑油B泵，將控制潤滑油進出膨脹機差壓穩定在1 030 kPa�；筒顗赫{節閥開度在30%左右。
（3）觀察膨脹機進口蝸殼的壓力。在大于0.5 MPa（G）后打開殼體排氣閥，檢查有無液體排出，如果有則將液體排盡后關閉閥門。
（4）膨脹機增壓機旁通閥、增壓端入口閥應處于全開狀態。打開膨脹機、增壓機端進出口管道手動截止閥。
5.2 膨脹壓縮機啟機測試
在所有報警聯鎖解除后，按下PLC柜的膨脹機啟動按鈕。將噴嘴開度調整為5%～10%。打開膨脹機進出口閥，打開膨脹機進口緊急切斷閥，仔細觀察主機啟動情況和轉速，逐漸開大噴嘴使轉速達到15 000 r/min，觀察各儀表10～30 min判斷運轉是否正常（若有異常即關閉膨脹機進出口閥，待排除故障后再重新啟動），然后緩慢升速到設計值，保持3 h，一切正常后再逐漸關閉壓縮機及膨脹機的旁通閥，并適當調整噴嘴開度，以維持適當的進口壓力及轉速。
5.3 主要運行數據
膨脹壓縮機穩定運行后，將其主要參數與檢修前進行了對比，對比結果如表1所示。
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由表1可以看出，經過本次膨脹機轉子更換作業，不僅膨脹機無法啟動故障得以排查，而且轉子的振動情況也得到明顯改善，尤其是壓縮端軸承振動由16.5 μm（0.65 mil）下降至8.9 μm（0.35 mil），說明本次膨脹機故障檢修作業效果良好。
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結語
本次膨脹機轉子更換，是橫琴終端繼SOLAR壓縮機解體檢修作業后又一次依靠自身技術力量完成的關鍵機組檢修作業。本次大修后測試膨脹機各項參數正常，無法啟動故障得到解決，振動明顯降低，說明檢修效果良好，提升了制冷系統穩定性，有助于提升液態產品回收率，檢驗了橫琴終端近年來維修人員隊伍建設的水平，保障了終端安全生產。
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